Recombinação gênica é a troca de material genético entre diferentes organismos. Isso resulta na produção de descendentes com combinações de características que diferem daquelas encontradas em ambos os pais. A maioria dessas trocas genéticas ocorre naturalmente.
Como acontece
A recombinação gênica começa como resultado da separação dos genes durante a formação dos gametas durante a meiose, fertilização e cruzamento. O cruzamento permite que os alelos nas moléculas de DNA mudem de posição de um segmento de cromossomo homólogo para outro. A recombinação é responsável pela diversidade genética de uma espécie ou população.
Estrutura cromossômica
Os cromossomos estão localizados dentro do núcleo das células. Eles são formados a partir de cromatina, uma massa de material genético feito de DNA que é enrolado firmemente em torno de proteínas chamadas histonas. O cromossomo é geralmente de fita simples e consiste em uma região de centrômero que conecta as regiões longas e curtas.
Duplicação de cromossomos
Quando uma célula entra em seu ciclo de vida, seus cromossomossão duplicados através da replicação do DNA em preparação para a divisão. Cada cromossomo duplicado consiste em dois idênticos, chamados de cromátides irmãs. Eles estão associados à região do centrômero. Quando as células se dividem, conjuntos pareados são formados. Eles consistem em um cromossomo (homólogo) de cada pai.
Troca cromossômica
A recombinação de genes durante o crossing over foi descrita pela primeira vez por Thomas Hunt Morgan. Em eucariotos, é facilitado pelo cruzamento cromossômico. O processo de cruzamento resulta na prole com diferentes combinações de genes e pode produzir novos alelos quiméricos. Isso permite que organismos de reprodução sexuada evitem a catraca de Moeller, na qual os genomas de uma população assexuada acumulam deleções genéticas de maneira irreversível.
Durante a prófase I, as quatro cromátides estão firmemente conectadas. Nesta formação, os sítios homólogos em duas moléculas podem emparelhar-se intimamente e trocar informações genéticas. A recombinação gênica pode ocorrer em qualquer lugar ao longo do cromossomo. Sua frequência entre dois pontos depende da distância que os separa.
Significado
Acompanhar o movimento dos genes como resultado de cruzamentos provou ser muito útil para os geneticistas. Isso torna possível determinar a distância entre dois genes em um cromossomo. A ciência também pode usar esse método para inferir a presença de certos genes. Uma molécula em um par ligado serve como um marcador para detectar a presença da outra. É usado para detectar a presença de patógenosgenes.
A frequência de recombinação entre dois loci observados é o valor de interseção. Depende da distância mútua dos focos genéticos observados. Para qualquer conjunto fixo de condições ambientais, a recombinação em uma determinada região da estrutura de ligação (o cromossomo) tende a ser constante. O mesmo vale para o valor de interseção, que é usado ao gerar mapas genéticos.
Meiose
O cruzamento cromossômico envolve a troca de cromossomos pareados herdados de cada pai. A meiose, como base da recombinação gênica, desempenha um papel importante nesse processo. Os modelos moleculares desse processo evoluíram ao longo dos anos à medida que as evidências se acumularam. O novo modelo demonstra que duas das quatro cromátides presentes no início da meiose (prófase I) estão pareadas entre si e são capazes de interagir. A recombinação de cromossomos e genes ocorre nele. No entanto, as explicações da função adaptativa da meiose que se concentram apenas na interseção são insuficientes para a maioria dos eventos de troca.
Mitose e cromossomos não homólogos
Em células eucarióticas, o cruzamento também pode ocorrer durante a mitose. Isso resulta em duas células com material genético idêntico. Qualquer cruzamento que ocorra entre cromossomos homólogos na mitose não produz uma nova combinação de genes.
O cruzamento que ocorre em cromossomos não homólogos pode produzir uma mutação conhecida comotranslocação. Ocorre quando um segmento de um cromossomo se separa e se move para uma nova posição em uma molécula não homóloga. Esse tipo de mutação pode ser perigoso, pois geralmente leva ao desenvolvimento de células cancerígenas.
Conversão de genes
Quando os genes são transformados, parte do material genético é copiado de um cromossomo para outro sem mudar o doador. A conversão gênica ocorre em alta frequência no local real. Este é o processo pelo qual uma sequência de DNA é copiada de uma hélice para outra. A recombinação de genes e cromossomos tem sido estudada em cruzamentos fúngicos, onde é conveniente observar os quatro produtos de meioses individuais. Os eventos de conversão gênica podem ser distinguidos como desvios na divisão celular individual da segregação 2:2 normal.
Engenharia genética
A recombinação de genes pode ser artificial e deliberada. É usado em fragmentos de DNA díspares, muitas vezes de diferentes organismos. Assim, o DNA recombinante é obtido. A recombinação artificial pode ser usada para adicionar, remover ou alterar os genes de um organismo. Este método é importante para a pesquisa biomédica no campo da engenharia genética e de proteínas.
Recuperação recombinante
Durante a mitose e a meiose, o DNA danificado por vários fatores exógenos pode ser salvo pela etapa de reparo homólogo (HRS). Em humanos e roedores, uma deficiência nos produtos gênicos necessários para o FGF durante a meiose causa infertilidade.
Bactériastransformação é o processo de transferência de genes que geralmente ocorre entre células individuais da mesma espécie. Envolve a integração do DNA do doador no cromossomo do receptor através da recombinação gênica. Este processo é uma adaptação para reparar células danificadas. A transformação pode beneficiar as bactérias patogênicas ao permitir o reparo de danos no DNA que ocorrem no ambiente inflamatório e oxidativo associado à infecção do hospedeiro.
Quando dois ou mais vírus, cada um contendo dano genômico letal, infectam a mesma célula hospedeira, os genomas podem se acasalar e passar pelo FGP para produzir descendentes viáveis. Este processo é chamado de reativação de multiplicidade. Foi estudado em vários vírus patogênicos.
Recombinação em células procarióticas
As células procarióticas, como as bactérias unicelulares sem núcleo, também sofrem recombinação genética. Nesse caso, os genes de uma bactéria são incluídos no genoma de outra por cruzamento. A recombinação bacteriana é realizada pelos processos de conjugação, transformação ou transdução.
Na conjugação, uma bactéria é conectada a outra através de uma estrutura tubular proteica. No processo de transformação, os procariontes retiram DNA do ambiente. Eles geralmente vêm de células mortas.
Na transdução, o DNA é trocado por meio de um vírus que infecta bactérias, conhecido como bacteriófago. Uma vez que a célula estranha é internalizada por conjugação, transformação ou transdução,a bactéria pode inserir seus segmentos em seu próprio DNA. Essa transferência é realizada por cruzamento e leva à criação de uma célula bacteriana recombinante.
