5.15
Polietilen Kromozomlar
Politen kromozomları, yan yana yerleştirilmiş birkaç DNA ipliğine sahip dev fazlar arası kromozomlardır. Balbiani tarafından 188…
Genellikle, bir diploid hücre bölünürken, önce kromozomlarının her birini kopyalar Daha sonra hücre, her bir kromozomun bir kopyasını iki kardeş hücre arasında dağıtır;böylece her kardeş hücre, eksiksiz bir kromozom seti alır. Bazı hücreler, hiç hücre bölünmesine uğramadan birden fazla kromozom duplikasyon döngüsü yaşayabilir. Poliploid hücreler olarak adlandırılan bu tip hücrelerde, her kromozomdan birçok set bulunur.
Drosofila larvalarının tükürük bezi hücrelerinde, bu proses aşırı miktarda gerçekleşir. Burada, hiç hücre bölünmesi olmadan her kromozomun yüzlerce hatta binlerce kopyası üretilir. Bu, politen kromozomları adı verilen, az rastlanır dev kromozomların oluşumuyla sonuçlanır.
Binlerce özdeş DNA dizisi, bir kutudaki boya kalemleri gibi yan yana yatarken, kromatinin bazı özellikleri görünür hale gelir. Bu özellikler, sıradan interfaz kromozomlarda da mevcuttur, ancak gözlemlenmesi zordur. Mikroskop altında incelendiğinde, politen kromozomlarda peşpeşe koyu renk ve açık renk bantlardan oluşan bir desen görülebilir.
Bu bantlar DNA'nın 95'ini oluştururken, bant araları 5'ini oluşturur. Bantlardaki kromatin daha yoğun ve transkripsiyonel olarak inaktifken, bant-aralarındaki kromatin daha az yoğundur ve transkripsiyonel olarak aktiftir. Drosofila larvaları bir gelişim aşamasından diğerine geçtikçe, belirli bantların ve bant-aralarının çapı büyük ölçüde artar ve puflar veya Balbiani halkaları adı verilen yapılar üretilir.
Bu puflar, kromatinin dekondensasyonundan kaynaklanır ve aktif DNA transkripsiyon bölgeleridir. Puflardaki kromatin, lamba fırçası kromozomlarında gözlenenlere çok benzer şekilde ilmekli yapılar halinde dizilmiştir.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What are polytene chromosomes and how do they form?
Polytene chromosomes are giant interphase chromosomes formed when cells undergo multiple rounds of DNA replication without cell division. In Drosophila salivary gland cells, hundreds to thousands of identical DNA copies remain aligned side by side instead of segregating, creating these massive structures. This process produces unique chromosomes visible under a microscope with distinctive banding patterns.
Q2: Why do polytene chromosomes show visible banding patterns?
Polytene chromosomes display alternating dark bands and light interbands because thousands of identical DNA sequences align side by side, magnifying chromatin compaction differences. Bands constitute 95% of the DNA and contain condensed, transcriptionally inactive chromatin. Interbands make up 5% and contain less condensed, transcriptionally active chromatin, making these features easily observable under a microscope.
Q3: What is the relationship between polytene chromosome bands and gene activity?
In polytene chromosomes, bands represent transcriptionally inactive regions with condensed chromatin, while interbands are transcriptionally active regions with loosely organized chromatin. This relationship demonstrates how chromatin compaction directly affects gene expression. The visible banding pattern thus reflects the underlying transcriptional state of different chromosome regions.
Q4: What are puffs and Balbiani rings in polytene chromosomes?
Puffs are expanded structures that form when interband regions de-condense to allow active RNA synthesis during development. Balbiani rings are exceptionally large puffs found in salivary glands of certain species with highly decondensed chromatin supporting very high transcription rates. Both structures represent sites of intense gene activity and serve as excellent models for studying transcription.
Q5: How do polytene chromosomes differ from typical mitotically dividing cells?
Polytene chromosomes form in cells that lack cell division after DNA replication, causing chromatids to accumulate without segregating. Unlike mitotically dividing cells, polytene cells maintain an intact nuclear membrane and nucleolus throughout consecutive replication cycles. This results in thousands of aligned chromatids arranged side by side, creating the characteristic giant chromosome structure.
Q6: Where are polytene chromosomes found in organisms?
Polytene chromosomes are found in salivary glands, intestines, muscles, and other tissues of dipteran insects like Drosophila larvae. They also occur in certain organs of mammals and in synergids and antipodes of flowering plants. These chromosomes were first discovered in 1881 in salivary glands of Chironomus plumosus larvae, earning them the alternate name salivary gland chromosomes.
Q7: How do chromomere patterns vary in polytene chromosomes?
Chromomere patterns are species-specific, representing multiple compact dark bands formed by identical chromatin compaction in aligned homologous chromosomes. The number and size of chromomeres can change during an organism's lifetime as developmental stages progress. These variable patterns reflect dynamic changes in chromatin organization and gene activity across different developmental periods.