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11.4:

Crossing Over

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Crossing Over

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Der Mensch produziert genetisch unterschiedliche Ei- und Samenzellen und somit einzigartige Nachkommen, die durch den miotischen Übergangsprozess entstehen. In Geschlechtsorganen kommt es im ersten Stadium der Meiose I, Prophase 1 genannt, zu einer Überkreuzung innerhalb der Kerne diploider Vorläuferzellen. Zuvor replizierten und kondensierten alle Chromosomen der Zellen und ergaben eiförmige Strukturen. In einer Zelle sind zwei X-Sätze sichtbar. Eine mütterlicherseits abgeleitet und die andere väterlicherseits. Wichtig ist, dass jeder Arm eines X eine Kopie desselben Elternchromosoms ist und solche doppelten Paare Schwesterchromatiden sind. Mütterliche und väterliche Versionen desselben Chromosoms beginnen sich dann zu paaren und verbinden sich als Proteingerüst, das sich zwischen dem sogenannten Synaptonemkomplex manifestiert. Das Ergebnis ist die Verbindung von homologen Chromosomenpaaren, die so ausgerichtet sind, dass dieselben mütterlichen und väterlichen Gene übereinstimmen und sich verflechten. Das genetische Material an den Stellen, an denen sich Nicht-Schwester-Chromatiden schneiden, bricht ab und die getrennten Segmente verbinden sich wieder mit den gegenüberliegenden Chromosomen. Nach diesem Übergang löst sich der synaptonemale Komplex auf, aber die homologen Paare bleiben während des größten Teils der Meiose I an Stellen des genetischen Transfers, die einzeln Chiasma genannt werden, fixiert. Das Überkreuzen von Enden in Chromatiden mit neuen, einzigartigen Mischungen aus elterlicher Information ist daher ein Beispiel für genetische Rekombination.

11.4:

Crossing Over

Im Gegensatz zur Mitose bezweckt die Meiose genetische Diversität bei der Bildung der haploiden Keimzellen. Sich teilende Keimzellen beginnen diesen Prozess zuerst in der Prophase I, wo jedes Chromosom, das in der S-Phase repliziert wurde, nun aus zwei Schwesterchromatiden (identische Kopien), die zentral miteinander verbunden sind, besteht.

Die homologen Paare der Schwesterchromosomen eines vom mütterlichen und eines vom väterlichen Genoms beginnen dann, sich der Länge nach nebeneinander auszurichten. Dabei werden korrespondierende DNA-Positionen in einem Prozess namens Homologenpaarung (Synapsis) zusammengelagert.

Um die Homologe zusammen zu halten, bildet sich ein Proteinkomplex, der synaptonemale Komplex. Der synaptonemale Komplex erleichtert den Austausch von korrespondierenden zufälligen DNA-Stücken zwischen Nicht-Schwesterchromatiden, wodurch neue Kombinationen der Allele durch homologe Rekombinationen entstehen.

Wenn der synaptonemale Komplex sich aufzulösen beginnt, halten X-förmige Strukturen die homologen Chromosomen zusammen, bis die Rekombination abgeschlossen ist. Diese Strukturen, die Chiasma, markieren die Bereiche, in denen es zu einem Crossover der genetischen Information kam.

Suggested Reading

Székvölgyi, Lóránt, Kunihiro Ohta, and Alain Nicolas. “Initiation of Meiotic Homologous Recombination: Flexibility, Impact of Histone Modifications, and Chromatin Remodeling.” Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 7, no. 5 (May 2015). [Source]

Hunter, Neil. “Meiotic Recombination: The Essence of Heredity.” Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 7, no. 12 (December 2015). [Source]