7.10
Помимо поддержания стабильности генома посредством восстановления ДНК, гомологичная рекомбинация играет важную роль в диверсификации генома. Фактическ…
в отличие от митоза где двухцепочечные разрывы случайны, в мейозе, они создаются ферментом под названием Spo11, который расщепляет фосфодиестный остов. Сломанные концы спирали обрезаны белковым комплексом MRX и повреждение ремонтируется в процессе, который называется конверсией генов. Здесь поврежденная ДНК-прядь акцептора захватывает гомологичный дуплекс донорской ДНК для создания петли перемещения.
Это создает области гетеродуплексной ДНК где цепь от донорской ДНК спаривается с комплементарной цепью от ДНК-акцептора. ДНК-полимераза расширяет вторгающуюся цепь, А затем расширенная D-петля спаривается с концом праймера 3. Синтез ДНК в только что захваченной цепи ведёт к формированию промежуточного состояния с двумя четырехцепочечными структурами, которые называется структуры Холлидея.
Этот двойной узел Холлидея промежуточной структуры разрешается путем восстановления ферментами ДНК, называемыми резольвазами, и есть две ориентации, в которых соединения можно расклеить. В первой, резольваза делает засечки на каждом соединении по горизонтали, так что родительские цепи по-прежнему не повреждены. Это приводит к продукту без перекрещиваний потому что цепи после разрыва остаются с их первоначальным партнёром, и и там нет серьёзных пересечений донорной и акцепторной цепей.
Или, если расщепление происходит по вертикали, области, фланкирующие повреждение, и получается кроссоверу"где донорская нить после разрыва реокмбинируется с акцепторной нитью. Генная конверсия имеет значительное воздействие на геномное разнообразие. В сексуально воспроизводящихся организмах, потомство наследует один набор генов от отца, и один набор от матери.
Родительская ДНК вновь объединится, и сестринские хроматиды претерпевают генную конверсию. Это приводит к тому, что потомство имеет новые хромосомы по сравнению с хромосомами родителей.
Q1: How does gene conversion repair double-strand breaks during meiosis?
Gene conversion repairs double-strand breaks created by Spo11 enzyme during meiosis. The damaged acceptor DNA strand invades a homologous donor DNA duplex, forming a displacement loop. DNA polymerase extends the invading strand, creating heteroduplex DNA regions where donor and acceptor strands pair. This process ultimately resolves into either crossover or non-crossover products through Holliday junction cleavage.
Q2: What are Holliday junctions and how are they resolved?
Holliday junctions are four-strand DNA structures formed during gene conversion when the extended D-loop pairs with the free 3' tail. Two Holliday junctions create an intermediate structure that resolvase enzymes cleave in two possible orientations. Horizontal cleavage produces non-crossover products where parental strands remain intact, while vertical cleavage generates crossover products with recombined donor and acceptor strands.
Q3: What is the difference between crossover and non-crossover products in gene conversion?
Non-crossover products result from horizontal Holliday junction cleavage, keeping parental strands with their original partners without major strand exchange. Crossover products arise from vertical cleavage, causing regions flanking the damage to switch, so donor strands recombine with acceptor strands. Both outcomes contribute to genomic diversity but through different recombination patterns.
Q4: How does gene conversion contribute to genomic diversity in offspring?
Gene conversion increases genomic diversity by recombining parental DNA sets during meiosis. Offspring inherit one gene set from each parent, and sister chromatids undergo gene conversion, creating novel chromosomes different from either parent. This recombination of sequences forms the molecular basis of genomic evolution, generating new amalgamated sequences that determine cell fitness and survival.
Q5: What role do the MRX protein complex and Spo11 enzyme play in gene conversion?
Spo11 enzyme deliberately creates double-strand breaks during meiosis by cleaving the phosphodiester backbone, unlike accidental breaks in mitosis. The MRX protein complex then trims the broken helical ends, preparing them for repair. Together, these proteins initiate the gene conversion process that repairs damage while promoting genetic recombination and diversity.
Q6: What is heteroduplex DNA and how does it form during gene conversion?
Heteroduplex DNA forms when a strand from donor DNA pairs with a complementary strand from acceptor DNA during gene conversion. This occurs after the acceptor strand invades the donor duplex and creates a displacement loop. The heteroduplex regions represent mismatched base pairing between the two DNA sources, which DNA polymerase extends to complete the repair process.
Q7: How do alleles and phenotypes change through gene conversion in offspring?
Gene conversion alters the distribution of alleles between homologous chromosomes, changing a gene's form or manifestation in offspring. Minor sequence differences between homologous chromosomes don't affect gene function but determine which allele is expressed. For example, a hair color gene's allele determines whether hair is black, blonde, or red, and gene conversion redistributes these allelic variants among offspring.