Мейоз. Рекомбинация генетического материала

Мейоз (от греч. meiosis - уменьшение) - особый способ деления клеток, деление созревания, в результате которого происходит редукция (уменьшение) числа хромосом и переход клеток их диплоидного состояния в гаплоидное. Мейоз - это особый тип дифференцировки, специализации клеток, который приводит к образованию половых клеток. Этот процесс занимает два клеточных цикла при отсутствии синтеза ДНК во втором мейотическом делении. Необходимо отметить, что мейоз представляет собой универсальное явление, характерное для всех эукариотических организмов. При мейозе происходит не только редукция числа хромосом до гаплоидного их числа, но происходит чрезвычайно важный генетический процесс - обмен участками между гомологичными хромосомами, процесс, получивший название кроссинговера.

Мейоз состоит из 2 последовательных делений с короткой интерфазой между ними.

ü Профаза I — профаза первого деления очень сложная и состоит из 5 стадий:

· Лептотена или лептонема — упаковка хромосом, конденсация ДНК с образованием хромосом в виде тонких нитей (хромосомы укорачиваются).

· Зиготена или зигонема — происходит конъюгация — соединение гомологичных хромосом с образованием структур, состоящих из двух соединённых хромосом, называемых тетрадами или бивалентами и их дальнейшая компактизация.

· Пахитена или пахинема — (самая длительная стадия) — в некоторых местах гомологичные хромосомы плотно соединяются, образуя хиазмы. В них происходит кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами.

· Диплотена или диплонема — происходит частичная деконденсация хромосом, при этом часть генома может работать, происходят процессы транскрипции (образование РНК), трансляции (синтез белка); гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой. У некоторых животных в ооцитах хромосомы на этой стадии профазы мейоза приобретают характерную форму хромосом типа ламповых щёток.

· Диакинез — ДНК снова максимально конденсируется, синтетические процессы прекращаются, растворяется ядерная оболочка; центриоли расходятся к полюсам; гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.

К концу Профазы I центриоли мигрируют к полюсам клетки, формируются нити веретена деления, разрушаются ядерная мембрана и ядрышки

· Метафаза I — бивалентные хромосомы выстраиваются вдоль экватора клетки.

· Анафаза I — микротрубочки сокращаются, биваленты делятся, и хромосомы расходятся к полюсам. Важно отметить, что, из-за конъюгации хромосом в зиготене, к полюсам расходятся целые хромосомы, состоящие из двух хроматид каждая, а не отдельные хроматиды, как в митозе.

· Телофаза I — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

Второе деление мейоза следует непосредственно за первым, без выраженной интерфазы: S-период отсутствует, поскольку перед вторым делением не происходит репликации ДНК.

· Профаза II — происходит конденсация хромосом, клеточный центр делится и продукты его деления расходятся к полюсам ядра, разрушается ядерная оболочка, образуется веретено деления, перпендикулярное первому веретену.

· Метафаза II — унивалентные хромосомы (состоящие из двух хроматид каждая) располагаются на «экваторе» (на равном расстоянии от «полюсов» ядра) в одной плоскости, образуя так называемую метафазную пластинку.

· Анафаза II — униваленты делятся и хроматиды расходятся к полюсам.

· Телофаза II — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

В результате из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидных клетки. В тех случаях, когда мейоз сопряжён с гаметогенезом (например, у многоклеточных животных), при развитии яйцеклеток первое и второе деления мейоза резко неравномерны. В результате формируется одна гаплоидная яйцеклетка и три так называемых редукционных тельца (абортивные дериваты первого и второго делений).

Значение мейоза: 1. Сохранение постоянства числа хромосом при половом размножении. У организмов, размножающихся половым путем, при мейозе из одной материнской диплоидной клетки образуются четыре дочерние клетки, каждая из которых содержит половину из числа хромосом по сравнению с материнской.

2. Генетическая изменчивость. Мейоз создает возможности для возникновения в гаметах новых комбинаций генетического материала. Это ведет к изменениям, как в генотипе, так и в фенотипе потомства, получаемого при слиянии гамет.

Генетическая рекомбинация - это перераспределение генетического материала (ДНК), приводящее к возникновению новых комбинаций генов. Рекомбинация может происходить путем обмена клеточными ядрами, целыми молекулами ДНК или частями молекул. В то время как процессы репликации и репарации ДНК обеспечивают воспроизведение и сохранение генетического материала, рекомбинация приводит к генетической изменчивости. Биологическое значение рекомбинации столь велико, что она получила развитие у всех живых организмов. Она может происходить у эукариот (как при образовании половых клеток - гамет, так и в соматических клетках), у бактерий и даже при размножении вирусов, в том числе таких, генетический материал которых состоит из РНК. Перетасовка хромосом в мейозе, приводящая к огромному разнообразию гамет, случайность слияния гамет при оплодотворении, обмен частями между гомологичными хромосомами - все это (и далеко не только это) относится к рекомбинации.

Р. происходит в результате расхождения гомологичныххромосом в мейозе или за счёт взаимодействия молекул ДНК, результатом к-рого является перенос участковДНК с одной молекулы на другую (Р..в узком смысле). Перенос может быть взаимным (реципрокная Р.) и односторонним (нереципрокная Р.). Р. может наблюдаться в соматич. и половых клетках, хотя в митотическиделящихся клетках частота Р. ниже, чем в мейозе.

Различают 3 типа Р. в узком смысле: общую,сайтспецифич. и незаконную (неправильную). Общая Р., или кроссинговер, у эукариот обмен междугомологичными последовательностями ДНК, который происходит по всему геному. Она осуществляется в диплоидных и мерозиготных (содержащих часть генома одной или двух объединяющихся клеток или гамет)клетках за счёт процессов разрыва и перевоссоединения гомологичных участков ДНК. При этом формируются гибридные молекулы значит, протяжённости (ок. 1000 пар нуклеотидов), образуемые нитями из разных рекомбинирующих молекул ДНК на основе их комплементарности. Сайтспецифич. Р. происходит в строго огранич. участках генома размером 10-20 пар нуклеотидов, напр. при включении профагов в геномбактерий.

Под незаконной Р., механизм которой изучен недостаточно, понимают взаимодействие негомологичных молекул ДНК, приводящее к структурным перестройкам генетич. материала: транслокациям,инверсиям, делениям и т. д. (см. ХРОМОСОМНЫЕ ПЕРЕСТРОЙКИ). На основе Р., напр., определяют принадлежность генов к той или иной группе сцепления, строят генетич. карты, отражающие порядок расположения генов в группах сцепления, определяют аллельность мутаций со сходным фенотипич.проявлением. Целенаправленное получение рекомбииантных (гибридных) ДНК лежит в основе генетической инженерии.

85. Онтогенез. Периоды эмбрионального развития и их характеристика.