Hauptunterschied – Rekombination vs. Crossing Over

Rekombination und Crossing-Over sind zwei korrelierende Prozesse, die zu genetischen Variationen unter den Nachkommen führen. Beide Ereignisse treten während der Prophase 1 der Meiose 1 bei Eukaryoten auf. Die Paarung homologer Chromosomen während der Prophase 1 lässt das Crossing-Over stattfinden und das Crossing-over zwischen Nicht-Schwesterchromatiden wiederum lässt die Rekombination stattfinden. Die Überkreuzung tritt an Punkten auf, die als Chiasma bezeichnet werden und zwischen Nicht-Schwesterchromatiden erzeugt werden. Chiasma ermöglicht den Austausch von DNA-Segmenten zwischen Nicht-Schwesterchromatiden. Dieser Austausch von DNA-Abschnitten führt zu neuen Kombinationen von Allelen unter den Nachkommen, die als genetische Rekombination bezeichnet werden. Die Hauptunterschied zwischen Rekombination und Crossing-Over ist das Rekombination ist die Produktion verschiedener Kombinationen von Allelen in den Nachkommen, während Crossing-Over der Austausch von genetischem Material zwischen Nicht-Schwesterchromatiden ist, das Ereignis, das eine Rekombination hervorruft.

Dieser Artikel enthält,

1. Was ist Rekombination? – Definition, Prozess, Funktion 2. Was ist Crossing Over? – Definition, Prozess, Funktion 3. Was ist der Unterschied zwischen Rekombination und Crossing Over?

Was ist Rekombination?

Die Erzeugung von Nachkommen mit unterschiedlichen Merkmalskombinationen im Vergleich zu ihren Eltern wird in der Genetik als Rekombination bezeichnet. Genetische Rekombination ist oft ein natürlicher Prozess. Die eukaryotische genetische Rekombination findet während der Prophase 1 der Meiose 1 statt. Meiose ist der Prozess der Produktion von Gameten für die sexuelle Fortpflanzung. Die Variationen von Genen in den Gameten führen zur Produktion genetisch unterschiedlicher Nachkommen.

Die eukaryotische genetische Rekombination erfolgt durch homologe Chromosomenpaarung, gefolgt vom Austausch genetischer Informationen zwischen Nicht-Schwesterchromatiden. Die homologe Chromosomenpaarung wird als Synapse bezeichnet. Der Austausch genetischer Informationen kann entweder durch physische Übertragung oder durch nicht-physische Übertragung erfolgen. Die physikalische Übertragung genetischer Informationen erfolgt durch den Austausch von Chromosomenabschnitten zwischen Nicht-Schwesterchromatiden. Andererseits können Abschnitte des genetischen Materials in einem Chromosom auf ein anderes Chromosom kopiert werden, ohne die Chromosomenteile physisch auszutauschen. Dieses Kopieren genetischer Informationen erfolgt durch Syntheseabhängiges Strangannealing (SDSA), die den Austausch von Informationen ermöglicht, jedoch nicht den physischen Austausch von DNA-Stücken. Die Doppel-Ferienkreuzung (DHJ) Pathway ist ein weiteres Modell des Kopierens genetischer Informationen, das zur nicht-physischen Übertragung genetischer Informationen führt. Sowohl der SDSA- als auch der DHJ-Weg werden durch eine Lücke oder einen Doppelstrangbruch initiiert, gefolgt von der Invasion von Strängen, um das Herunterkopieren der genetischen Information zu starten. Daher werden sowohl SDSA- als auch DHJ-Wege als Reparaturmechanismen betrachtet. Das Herunterkopieren von Informationen kann entweder vom Non-Crossover-(NCO)- oder Crossover-(CO)-Typ der flankierenden Regionen sein. Beim NCO-Typ findet eine Reparatur des gebrochenen Strangs statt, nur ein Chromosom, das den Doppelstrangbruch hält, wird mit der neuen Information übertragen. Beim CO-Typ werden beide Chromosomen mit neuer genetischer Information übertragen. Die Modelle SDSA und DHJ sind in Abbildung 1 beschrieben.

Abbildung 1: Homologe Rekombination

Während der Mitose kann der Austausch von genetischem Material zwischen Schwesterchromatiden stattfinden, nachdem die DNA-Replikation in der Interphase abgeschlossen ist. Neue Allelkombinationen werden jedoch nicht hergestellt, da der Austausch zwischen identischen DNA-Molekülen stattfindet, die durch die Replikation hergestellt werden.

Rekombinasen sind die Klasse von Enzymen, die die genetische Rekombination katalysieren. Die Rekombinase RecA wird in E. coli gefunden. Bei Bakterien erfolgt die Rekombination durch Mitose und die Übertragung von genetischem Material zwischen ihren Organismen. In Archaeen findet man RadA als Rekombinase-Enzym, das ein Ortholog von RecA ist. In Hefe findet man RAD51 als Rekombinase und DMC1 als spezifische meiotische Rekombinase.

Was ist Crossing Over?

Der Austausch von DNA-Abschnitten zwischen Nicht-Schwesterchromatiden während der Synapse wird als Crossing Over bezeichnet. Das Crossing-Over findet während der Prophase 1 der Meiose 1 statt. Es erleichtert die genetische Rekombination durch den Austausch der genetischen Information und die Bildung neuer Kombinationen von Allelen.

Die Synapse eines homologen Chromosomenpaares wird durch die Bildung von zwei synaptonemalen Komplexen zwischen den beiden p-Armen und q-Armen jedes Chromosoms erreicht. Dieses enge Halten der beiden homologen Chromosomen ermöglicht den Austausch genetischer Informationen zwischen den beiden Nicht-Schwesterchromatiden. Die Nicht-Schwesterchromatiden enthalten übereinstimmende DNA-Regionen, die durch Chiasmata-Regionen ausgetauscht werden können. Das Chiasma ist eine X-ähnliche Region, in der die beiden Nicht-Schwesterchromatiden beim Überqueren miteinander verbunden werden. Die Bildung des Chiasmas stabilisiert die Bivalente bzw. die Chromosomen bis zu ihrer Entmischung in der Metaphase 1.

Das Crossing-Over wird durch den Abbau ähnlicher DNA-Regionen initiiert, die innerhalb des homologen Chromosomenpaares vorkommen. Doppelstrangbrüche können entweder durch das Spo11-Protein oder DNA-schädigende Mittel in das DNA-Molekül eingeführt werden. Dann werden die 5’-Enden der DNA-Kanten durch Exonukleasen verdaut. Dieser Verdau führt 3’-Überhänge in die DNA-Kanten der DNA-Stränge ein. Die einzelsträngigen 3’-Überhänge werden von den Rekombinasen Dmc 1 und Rad51 beschichtet, die Nukleoprotein-Filamente produzieren. Die Invasion dieses 3’-Überhangs in das Nicht-Schwesterchromatid wird durch Rekombinasen katalysiert. Dieser eingedrungene 3’-Überhang bereitet die DNA-Synthese vor, wobei der DNA-Strang des Nicht-Schwesterchromatids als Matrize verwendet wird. Die resultierende Struktur ist als Cross-Strang-Exchange oder Holliday-Junction bekannt. Diese Holliday-Kreuzung wird von Rekombinasen entlang des Chiasma gezogen.

Abbildung 2: Eine Ferienkreuzung

Unterschied zwischen Rekombination und Crossing Over

Definition

Rekombination: Die Produktion eines Nachkommens, das im Vergleich zu seinen Eltern unterschiedliche Kombinationen von Merkmalen enthält, wird als Rekombination bezeichnet.

Überqueren: Der Austausch von DNA-Abschnitten zwischen Nicht-Schwesterchromatiden während der Synapse wird als Crossing Over bezeichnet.

Korrespondenz

Rekombination: Cross-over führt zur genetischen Rekombination.

Überqueren: Synapse führt zum Übergang.

Funktion

Rekombination: Die Rekombination erzeugt genetische Variation unter den Nachkommen. Es funktioniert auch als Reparaturmechanismus für Doppelstrangbrüche während der Meiose.

Überqueren: Crossing over übt auf die genetische Rekombination zwischen Chromosomen aus.

Abschluss

Rekombination und Crossing-Over sind zwei eng verwandte Ereignisse, die während der Synapse auftreten. Während der Synapse werden homologe Chromosomen von den synaptonemalen Komplexen fest gehalten. Dieses enge Halten ermöglicht die chromosomale Überkreuzung zwischen Nicht-Schwesterchromatiden. Der Punkt, an dem die Überkreuzung stattfindet, wird als Chiasma bezeichnet. Die Struktur aus vier Strängen, in der der physische Austausch von genetischem Material stattfindet, wird als Holliday-Kreuzung bezeichnet. Der Austausch von genetischem Material kann nicht-physisch durch das Herunterkopieren von DNA-Abschnitten in ein zweites Chromosom erfolgen. Der Austausch von genetischem Material führt zu Variationen der Allele unter den Nachkommen. Die Bildung verschiedener Kombinationen von Allelen unter den Nachkommen wird als Rekombination bezeichnet. Die Rekombination funktioniert auch als Reparaturmechanismus, um die Doppelstrangbrüche zu korrigieren. Dies ist der Hauptunterschied zwischen Rekombination und Crossing-Over.

Referenz:1. "Genetische Rekombination." Wikipedia. Wikimedia Foundation, 14. März 2017. Web. 16. März 2017.2. „Chromosomaler Crossover.“ Wikipedia. Wikimedia Foundation, 13. März 2017. Web. 16. März 2017.

Bildhöflichkeit: 1. „Homologe Rekombination“ Von Harris Bernstein, Carol Bernstein und Richard E. Michod – Kapitel 19 in DNA-Reparatur. Inna Kruman-Redakteurin. InTech Open-Publisher. DOI: 10.5772/25117 (CC BY 3.0) über Commons Wikimedia2. „Mao-4armjunction-schematic“ Von Chengde Mao – Mao, Chengde (Dezember 2004). „Die Entstehung von Komplexität: Lehren aus der DNA“. PLoS Biologie 2 (12): 2036-2038. DOI:10.1371/journal.pbio.0020431. ISSN 1544-9173. (CC BY 2.5) über Commons Wikimedia