Rekombinasi gen adalah pertukaran materi genetik antara organisme yang berbeda. Ini menghasilkan produksi keturunan dengan kombinasi sifat-sifat yang berbeda dari yang ditemukan pada kedua orang tua. Sebagian besar pertukaran genetik ini terjadi secara alami.
Bagaimana hal itu terjadi
Rekombinasi gen dimulai sebagai akibat dari pemisahan gen selama pembentukan gamet selama meiosis, fertilisasi dan persilangan. Persilangan memungkinkan alel pada molekul DNA untuk mengubah posisi dari satu segmen kromosom homolog ke yang lain. Rekombinasi bertanggung jawab atas keragaman genetik suatu spesies atau populasi.
Struktur kromosom
Kromosom terletak di dalam inti sel. Mereka terbentuk dari kromatin, massa materi genetik yang terbuat dari DNA yang terbungkus rapat di sekitar protein yang disebut histon. Kromosom biasanya beruntai tunggal dan terdiri dari daerah sentromer yang menghubungkan daerah panjang dan pendek.
Duplikasi kromosom
Saat sel memasuki siklus hidupnya, kromosomnyadiduplikasi melalui replikasi DNA dalam persiapan untuk pembelahan. Setiap kromosom yang digandakan terdiri dari dua yang identik, yang disebut kromatid saudara perempuan. Mereka terkait dengan wilayah sentromer. Ketika sel membelah, set berpasangan terbentuk. Mereka terdiri dari satu kromosom (homolog) dari setiap orang tua.
Pertukaran kromosom
Rekombinasi gen selama pindah silang pertama kali dijelaskan oleh Thomas Hunt Morgan. Pada eukariota, ini difasilitasi oleh persilangan kromosom. Proses persilangan menghasilkan keturunan yang memiliki kombinasi gen yang berbeda dan dapat menghasilkan alel chimeric baru. Hal ini memungkinkan organisme yang bereproduksi secara seksual untuk menghindari ratchet Moeller, di mana genom populasi aseksual mengakumulasi penghapusan genetik dengan cara yang tidak dapat diubah.
Selama profase I, keempat kromatid terhubung erat. Dalam formasi ini, situs homolog pada dua molekul dapat berpasangan erat satu sama lain dan bertukar informasi genetik. Rekombinasi gen dapat terjadi di mana saja di sepanjang kromosom. Frekuensinya antara dua titik tergantung pada jarak yang memisahkannya.
Arti
Melacak pergerakan gen sebagai hasil persilangan telah terbukti sangat berguna bagi ahli genetika. Hal ini memungkinkan untuk menentukan seberapa jauh jarak dua gen pada kromosom. Sains juga dapat menggunakan metode ini untuk menyimpulkan keberadaan gen tertentu. Satu molekul dalam pasangan terikat berfungsi sebagai penanda untuk mendeteksi keberadaan yang lain. Ini digunakan untuk mendeteksi keberadaan patogengen.
Frekuensi rekombinasi antara dua lokus yang diamati adalah nilai perpotongan. Itu tergantung pada jarak timbal balik dari fokus genetik yang diamati. Untuk setiap rangkaian kondisi lingkungan yang tetap, rekombinasi di wilayah tertentu dari struktur ikatan (kromosom) cenderung konstan. Hal yang sama berlaku untuk nilai perpotongan, yang digunakan saat membuat peta genetik.
Meiosis
Persilangan kromosom melibatkan pertukaran pasangan kromosom yang diwarisi dari masing-masing orang tua. Meiosis, sebagai dasar rekombinasi gen, memainkan peran penting dalam proses ini. Model molekuler dari proses ini telah berkembang selama bertahun-tahun sebagai bukti telah terakumulasi. Model baru menunjukkan bahwa dua dari empat kromatid hadir pada awal meiosis (profase I) dipasangkan satu sama lain dan dapat berinteraksi. Rekombinasi kromosom dan gen terjadi di dalamnya. Namun, penjelasan fungsi adaptif meiosis yang hanya berfokus pada perpotongan tidak cukup untuk sebagian besar peristiwa pertukaran.
Mitosis dan kromosom non-homolog
Pada sel eukariotik, persilangan juga dapat terjadi selama mitosis. Ini menghasilkan dua sel dengan materi genetik yang identik. Persilangan yang terjadi antara kromosom homolog pada mitosis tidak menghasilkan kombinasi gen baru.
Persilangan yang terjadi pada kromosom non-homolog dapat menghasilkan mutasi yang dikenal sebagaitranslokasi. Ini terjadi ketika segmen kromosom terpisah dari dan pindah ke posisi baru pada molekul non-homolog. Jenis mutasi ini bisa berbahaya karena sering menyebabkan perkembangan sel kanker.
Konversi Gen
Saat gen ditransformasi, sebagian materi genetik disalin dari satu kromosom ke kromosom lain tanpa mengubah donornya. Konversi gen terjadi pada frekuensi tinggi di lokasi sebenarnya. Ini adalah proses di mana urutan DNA disalin dari satu heliks ke heliks lainnya. Rekombinasi gen dan kromosom telah dipelajari dalam persilangan jamur, di mana lebih mudah untuk mengamati empat produk meiosis individu. Peristiwa konversi gen dapat dibedakan sebagai penyimpangan dalam pembelahan sel individu dari segregasi 2:2 normal.
Rekayasa gen
Rekombinasi gen bisa dibuat-buat dan disengaja. Ini digunakan pada fragmen DNA yang berbeda, seringkali dari organisme yang berbeda. Dengan demikian, DNA rekombinan diperoleh. Rekombinasi buatan dapat digunakan untuk menambah, menghapus, atau mengubah gen organisme. Metode ini penting untuk penelitian biomedis di bidang rekayasa genetika dan protein.
Pemulihan rekombinan
Selama mitosis dan meiosis, DNA yang rusak oleh berbagai faktor eksogen dapat diselamatkan dengan langkah perbaikan homolog (HRS). Pada manusia dan hewan pengerat, defisiensi produk gen yang diperlukan untuk FGF selama meiosis menyebabkan infertilitas.
BakteriTransformasi adalah proses transfer gen yang biasanya terjadi antara sel-sel individu dari spesies yang sama. Ini melibatkan integrasi DNA donor ke dalam kromosom penerima melalui rekombinasi gen. Proses ini merupakan adaptasi untuk memperbaiki sel-sel yang rusak. Transformasi dapat menguntungkan bakteri patogen dengan memungkinkan perbaikan kerusakan DNA yang terjadi di lingkungan inflamasi dan oksidatif yang terkait dengan infeksi inang.
Ketika dua atau lebih virus, masing-masing mengandung kerusakan genom yang mematikan, menginfeksi sel inang yang sama, genom tersebut dapat kawin satu sama lain dan melewati FGP untuk menghasilkan keturunan yang layak. Proses ini disebut reaktivasi multiplisitas. Telah dipelajari pada beberapa virus patogen.
Rekombinasi dalam sel prokariotik
Sel prokariotik, seperti bakteri bersel tunggal tanpa nukleus, juga mengalami rekombinasi genetik. Dalam hal ini, gen dari satu bakteri dimasukkan ke dalam genom bakteri lain melalui persilangan. Rekombinasi bakteri dilakukan dengan proses konjugasi, transformasi atau transduksi.
Dalam konjugasi, satu bakteri terhubung ke bakteri lain melalui struktur protein tubular. Dalam proses transformasi, prokariota mengambil DNA dari lingkungan. Mereka paling sering berasal dari sel-sel mati.
Dalam transduksi, DNA dipertukarkan melalui virus yang menginfeksi bakteri, yang dikenal sebagai bakteriofag. Setelah sel asing diinternalisasi melalui konjugasi, transformasi, atau transduksi,bakteri dapat memasukkan segmennya ke dalam DNA-nya sendiri. Transfer ini dilakukan dengan persilangan dan mengarah pada penciptaan sel bakteri rekombinan.
