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12.12: Nicht-nukleare Vererbung
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Non-nuclear Inheritance
 
PROTOKOLLE

12.12: Non-nuclear Inheritance

12.12: Nicht-nukleare Vererbung

Most DNA resides in the nucleus of a cell. However, some organelles in the cell cytoplasm⁠—such as chloroplasts and mitochondria⁠—also have their own DNA. These organelles replicate their DNA independently of the nuclear DNA of the cell in which they reside. Non-nuclear inheritance describes the inheritance of genes from structures other than the nucleus.

Mitochondria are present in both plants and animal cells. They are regarded as the “powerhouses” of eukaryotic cells because they break down glucose to form energy that fuels cellular activity. Mitochondrial DNA consists of about 37 genes, and many of them contribute to this process, called oxidative phosphorylation.

Chloroplasts are found in plants and algae and are the sites of photosynthesis. Photosynthesis allows these organisms to produce glucose from sunlight. Chloroplast DNA consists of about 100 genes, many of which are involved in photosynthesis.

Unlike chromosomal DNA in the nucleus, chloroplast and mitochondrial DNA do not abide by the Mendelian assumption that half an organism’s genetic material comes from each parent. This is because sperm cells do not generally contribute mitochondrial or chloroplast DNA to zygotes during fertilization.

While a sperm cell primarily contributes one haploid set of nuclear chromosomes to the zygote, an egg cell contributes its organelles in addition to its nuclear chromosomes. Zygotes (and chloroplasts in plant cells) typically receive mitochondria and chloroplasts solely from the egg cell; this is called maternal inheritance. Maternal inheritance is a type of non-nuclear, or extranuclear, inheritance.

Why do mitochondria and chloroplasts have their own DNA? The prevailing explanation is the endosymbiotic theory. The endosymbiotic theory states that mitochondria and chloroplasts were once independent prokaryotes. At some point, they joined host eukaryotic cells and entered a symbiotic relationship—one that benefits both parties.

Der Großteil der DNA befindet sich im Nucleus einer Zelle. Einige Organellen im Cytoplasma der Zelle verfügen jedoch auch über eine eigene DNA. Zu ihnen gehören z.B. Chloroplasten und Mitochondrien. Diese Organellen replizieren ihre DNA unabhängig von der Kern-DNA der Zelle, in der sie sich befinden. Die nichtnucleare Vererbung beschreibt die Vererbung von Genen von anderen Strukturen als dem Nucleus.

Mitochondrien sind sowohl in Pflanzen als auch in tierischen Zellen vorhanden. Sie gelten als die Kraftwerke der eukaryontischen Zellen, weil sie Glucose zu Energie abbauen. Diese treibt dann die Zellaktivitäten an. Die mitochondriale DNA besteht aus etwa 37 Genen. Viele von ihnen tragen zu diesem Prozess, der als oxidative Phosphorylierung bezeichnet wird, bei.

Chloroplasten kommen in Pflanzen und Algen vor und sind die Orte der Fotosynthese. Die Fotosynthese ermöglicht es diesen Organismen, aus Sonnenlicht Glucose zu produzieren. Die DNA der Chloroplasten besteht aus etwa 100 Genen, von denen viele an der Fotosynthese beteiligt sind.

Im Gegensatz zur chromosomalen DNA im Nucleus unterliegen chloroplastische und mitochondriale DNA nicht der Mendel'schen Annahme, dass die Hälfte des genetischen Materials eines Organismus von jedem Elternteil stammt. Das liegt daran, dass die Spermien während der Befruchtung im Allgemeinen keine mitochondriale oder chloroplastische DNA zu den Zygoten beitragen.

Während eine Samenzelle in erster Linie einen haploiden Satz von Kernchromosomen zur Zygote beiträgt, steuert eine Eizelle zusätzlich zu ihren Kernchromosomen ihre Organellen bei. Zygoten (und Chloroplasten in Pflanzenzellen) empfangen typischerweise Mitochondrien und Chloroplasten ausschließlich von der Eizelle. Man nennt dies mütterliche Vererbung. Die mütterliche Vererbung ist eine Art nicht-nukleare oder extranukleare Vererbung.

Warum besitzen Mitochondrien und Chloroplasten ihre eigene DNA? Die vorherrschende Erklärung ist die endosymbiotische Theorie. Die endosymbiotische Theorie besagt, dass Mitochondrien und Chloroplasten einst unabhängige Prokaryonten waren und sich irgendwann mit eukarotischen Wirtszellen in einer Symbiose verbunden haben, welche für beide Partner vorteilhaft war.


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