Гомологичные хромосомы: состав и функции

Пара гомологичных хромосом, или гомологий, представляет собой набор из одной материнской и одной отцовской хромосом, которые спариваются друг с другом внутри клетки во время мейоза. Гомологии имеют одинаковые гены в тех же локусах, где они дают точки вдоль каждой хромосомы, которые позволяют паре хромосом правильно совмещаться друг с другом перед разделением во время мейоза. Это основа менделеевского наследования, которое характеризует закономерности наследования генетического материала от организма к его родительской клетке.

Что из себя представляют

Гомологичные участки хромосом представляют собой линейные расположения конденсированных дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) и гистоновых белков, которые образуют комплекс, называемый хроматином. Они состоят из пар хромосом примерно одинаковой длины, положения центромер и рисунка окрашивания для генов с одинаковыми соответствующими локусами. Одна гомологичная хромосома наследуется от матери организма, другая – от отца.

После того как митоз произойдет в дочерних клетках, у них есть правильное количество генов, которые являются смесью ДНК двух родителей. У диплоидных (2n) организмов состоит из одного набора каждой гомологичной пары, в отличие от тетраплоидных организмов, которые могут иметь два набора из каждой гомологичной пары. Аллели на гомологичных хромосомах могут быть разными, что приводит к различным фенотипам одних и тех же генов. Это смешение материнских и отцовских признаков усиливается путем скрещивания во время мейоза, при котором длины хромосомных плеч и ДНК, которые они содержат в хромосомной паре, обмениваются друг с другом.

История открытия

В начале двадцатого века Уильям Бейтсон и Реджинальд Паннетт изучали генетическое наследование, и они отметили, что некоторые комбинации аллелей появлялись чаще, чем другие. Эти данные и информация были дополнительно исследованы Томасом Морганом. Используя эксперименты по перекрестному тестированию, он выявил, что для одного родителя аллели, расположенные рядом друг с другом по всей длине хромосомы, движутся вместе.

Используя эту логику, он заключил, что два гена, которые он изучал, были расположены на гомологичных хромосомах. Позже, в 30-х годах прошлого века, Гарриет Крейтон и Барбара МакКлинток изучали мейоз в клетках кукурузы и локусы на ее хромосомах. Эти ученые обнаружили, что новые комбинации аллелей, присутствующие в потомстве, и случай кроссинговера были напрямую связаны. Это доказало межхромосомную генетическую рекомбинацию.

Состав

Гомологичные хромосомы - это хромосомы, которые содержат одинаковые гены в одном и том же порядке вдоль своих хромосомных плеч. Существует два основных свойства: длина хромосомных плеч и расположение центромеры.

Фактическая длина руки, в соответствии с расположением, является критически важной для правильной конъюгации гомологичных хромосом. Центромерное размещение может быть охарактеризовано четырьмя основными способами: метацентрическим, субметацентрическим, телоцентрическим и акроцентрическим. Эти свойства являются основными факторами для создания структурной гомологии между хромосомами. Следовательно, когда две хромосомы с точной структурой существуют, они способны спариваться, образуя гомологичные хромосомы.

Поскольку гомологии не идентичны и не происходят из одного и того же организма, они отличаются от сестринских хроматид. Родственные хроматиды появляются после того, как произошла репликация ДНК, и, таким образом, являются идентичными параллельными дубликатами друг друга.

В людях

У человека всего 46 гомологий, то есть только 22 пары гомологичных аутосомных хромосом. Дополнительная 23-я пара - это половые X и Y. Если эта пара состоит из половых хромосом, то она не является гомологичной, поскольку их размер и содержание сильно различаются. 22 пары гомологий содержат одни и те же гены, но кодируют разные признаки в своих аллельных формах, поскольку одна была унаследована от матери, а другая - от отца. Таким образом, у людей есть два гомологичных набора в каждой клетке, что означает, что люди являются диплоидными организмами.

Функции

Гомологичные хромосомы важны в процессах мейоза и митоза. Они позволяют рекомбинировать и случайно разделять генетический материал от матери и отца в новые клетки.

Мейоз представляет собой раунд из двух клеточных делений, который приводит к четырем дочерним гаплоидным клеткам, каждая из которых содержит половину количества хромосом в качестве родительской клетки. Он уменьшает количество хромосом в половых клетках вдвое, сначала разделяя гомологии в мейозе I, а затем сестринские хроматиды в мейозе II. Процесс мейоза I обычно дольше, чем мейоза II, потому что требуется больше времени для репликации хроматина и для правильной ориентации и разделения гомологичных хромосом с помощью процессов спаривания и синапса в мейозе I.

Во время мейоза генетическая рекомбинация (случайная сегрегация) и кроссинговер производят дочерние клетки, каждая из которых содержит различные комбинации, закодированные материнским и отцовским путем. Эта рекомбинация позволяет вводить новые пары аллелей и генетическую вариацию. Генетическая изменчивость организмов помогает сделать популяцию более стабильной, предоставляя более широкий спектр генетических признаков для естественного отбора.