Back to chapter

7.10:

Conversion génique

JoVE Core
Molecular Biology
This content is Free Access.
JoVE Core Molecular Biology
Gene Conversion

Languages

Share

Unlike mitosis where double-strand breaks are accidental, in meiosis, they are created by an enzyme called Spo11, which cleaves the phosphodiester backbone. The broken helical ends are trimmed by a protein complex called MRX and the damage is repaired by a process called gene conversion.  Here the damaged “acceptor” DNA strand invades a homologous “donor” DNA duplex to form a displacement loop. This creates regions of heteroduplex DNA where a strand from the donor DNA pairs with a complementary strand from the acceptor DNA.  DNA polymerase extends the invading strand, and the extended D-loop then pairs with the free 3′ tail. DNA synthesis at the newly captured strand, results in the formation of an intermediate with two four-strand structures called Holliday junctions. This double Holliday junction intermediate is resolved by DNA repair enzymes called resolvases and there are two orientations in which the junctions can be cleaved. In the first, resolvase nicks each junction horizontally so that the parental strands are still intact.  This results in a non-crossover product, named because the strands after the break remain with their original partner, and there is no major crossing over of the donor and acceptor strands. Alternatively, if cleavage occurs vertically the regions flanking the damage are switched leading to a crossover product, where the donor strand following the break recombines with the acceptor strand. Gene conversion has a significant impact on genomic diversity. In sexually reproducing organisms the offspring inherits one set of genes from the father and one set from the mother.  The parental DNA sets recombine and the sister chromatids undergo gene conversion. This results in the offspring having novel chromosomes compared to those of the parents.

7.10:

Conversion génique

Outre le maintien de la stabilité du génome via la réparation de l’ADN, la recombinaison homologue joue un rôle important dans la diversification du génome. En fait, la recombinaison des séquences constitue la base moléculaire de l’évolution génomique. Les permutations aléatoires et non aléatoires des séquences génomiques créent une bibliothèque de nouvelles séquences amalgamées. Ces génomes nouvellement formés peuvent déterminer l’aptitude et la survie des cellules. Chez les bactéries, les types de recombinaison homologues et non homologues conduisent à l’évolution de nouveaux génomes qui décident finalement de l’adaptabilité des bactéries à des conditions environnementales variables.

Pendant la méiose, lorsqu’une seule cellule se divise deux fois pour produire quatre cellules contenant la moitié du nombre initial de chromosomes, la RH entraîne des croisements entre les gènes. Cela signifie que deux régions du même chromosome avec des séquences presque identiques se cassent puis se reconnectent mais à une extrémité différente. Les différences mineures entre les séquences d’ADN des chromosomes homologues ne modifient pas la fonction du gène mais peuvent modifier l’allèle ou le phénotype du gène. Par exemple, si un gène code pour un trait tel que la couleur des cheveux, son allèle détermine le phénotype spécifique, c’est-à-dire si les cheveux seraient noirs, blonds ou roux. Les humains contiennent deux allèles du même gène, à chaque emplacement de gène, un de chaque parent. La recombinaison telle que la conversion génique modifie cette distribution, modifiant la forme ou la manifestation du gène chez la progéniture.

Suggested Reading

  1. Chen, Jian-Min, David N. Cooper, Nadia Chuzhanova, Claude Férec, and George P. Patrinos. "Gene conversion: mechanisms, evolution and human disease." Nature Reviews Genetics 8, no. 10 (2007): 762.
  2. Andersen, Sabrina L., and Jeff Sekelsky. "Meiotic versus mitotic recombination: Two different routes for double‐strand break repair: The different functions of meiotic versus mitotic DSB repair are reflected in different pathway usage and different outcomes." Bioessays 32, no. 12 (2010): 1058-1066.