Генетическая рекомбинация в хромосомах

В обсуждении сцепленного наследования мы упростили ситуацию, заявив, что гены, расположенные в одной хромосоме, наследуются только в существующих комбинациях. Хотя это верно в большинстве случаев, благодаря явлению генетической рекомбинации возможно появление хромосом с новыми комбинациями аллелей.

Суть процесса рекомбинации

Генетическая рекомбинация — это естественный процесс, при котором хромосомы обмениваются кусками ДНК. В момент такого обмена происходит:

1. Разрыв ДНК гомологичных хромосом.
2. Их сшивка в новом порядке, с образованием новых молекул ДНК.

Именно в результате этих разрывов и сшивок возникают новые сочетания аллелей.

Пример: Сцепление локусов S и I у собак

Рассмотрим рекомбинацию на примере локусов окраса S (пятнистость) и I (интенсивность пигментации), которые расположены на 20-й хромосоме собаки, а значит, наследуются сцепленно.

Представим собаку с генотипом S,I/s,i: одна хромосома несет доминантные аллели, вторая — рецессивные. Без рекомбинации потомству передастся либо (S,I), либо (s,i).

Благодаря рекомбинации, если разрыв и соединение ДНК произойдет между локусами S и I, хромосомы 20-й пары могут поменяться кусками. В результате образуются новые комбинации аллелей: S,i и s,I.

Если такая собака скрестится с гомозиготной по рецессивным мутациям собакой (s,i/s,i), большинство потомков будут классов (S,I/s,i) или (s,i/s,i). Однако с некоторой частотой в результате рекомбинации могут возникнуть потомки классов S,i/s,i и s,I/s,i.

Расстояние и частота рекомбинации

Частота генетической рекомбинации между двумя генами напрямую зависит от физического расстояния между ними. Чем дальше гены расположены в молекуле ДНК, тем с большей вероятностью рекомбинация произойдет на промежутке между ними. В рассматриваемом случае локусы S и I разделяет большое расстояние — более половины 20-й хромосомы, поэтому рекомбинация между ними происходит довольно часто.

Редкое событие: Двойной аллель в локусе B

Интересный результат рекомбинации был обнаружен в процессе нашей работы. Нам попадались собаки, несущие двойной аллель в локусе B (b^c + b^d). Этот двойной аллель получился в результате редкого события рекомбинации на коротком участке ДНК между аллелями b^c и b^d локуса B.

Следует отметить, что расстояние между этими аллелями с точки зрения генетики очень мало, ведь они находятся в разных частях одного и того же гена. Такое близкое расположение означает, что вероятность случайной рекомбинации между ними крайне низка, но, как показывает практика, даже при таком близком расположении рекомбинация иногда возможна.

Фенотипически двойной аллель (b^c + b^d) не отличается от одиночных аллелей локуса B, поскольку все они полностью нарушают активность гена TYRP1 (ответственного за коричневый окрас).

Заключение

Обмен хромосом участками редко происходит в обычных клетках тела, но очень часто — в половых клетках. Таким образом, новые сочетания аллелей появляются только в клетках, из которых впоследствии разовьется потомство.

Генетическая рекомбинация необходима для перемешивания генов и постоянного появления новых комбинаций аллелей. В результате этого возникают новые варианты для естественного отбора или для селекционной работы.