Back to chapter

12.17:

תורשה לא-גרעינית

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Non-nuclear Inheritance

Languages

Share

בתאים איקריוטיים, מיטוכונדריה ופלסטידות, קבוצת אברונים בתאי צמחים הכוללת כלורופלסטים, מתרבים באופן עצמאי בתוך הציטופלזמה, ולכל אחד מהם מערך גנטי ייחודי המנהל את הרבייה ואת התפקוד שלהם. הדנ”א של מיטוכונדריה ושל פלסטידות הוא בצורת מולקולות דנ”א מעגליות קטנות ומכונה דנ”א חוץ-גרעיני או דנ”א ציטופלזמי. כל אברון נושא עותקים רבים וזהים של הדנ”א שלו, לעומת הגרעין, שבדרך כלל מכיל רק שני עותקים של כל כרומוזום.יתרה מזאת, במהלך חלוקת התא, האברונים מופרדים באופן אקראי לתאי-בת חדשים, לכן הדנ”א החוץ-גרעיני אשר מועבר הלאה אינו מופיע לפי דפוס מוגדר. במהלך הרבייה בחיות וברוב הצמחים, הציטופלזמה בתוך הזיגוטה מגיעה מהביצית. לכן, למרות ששני ההורים תורמים באופן שווה לדנ”א הגרעיני, הדנ”א החוץ-גרעיני מועבר הלאה מהאם בלבד.משמע שתכונות מסוימות, כמו הפרעות מטבוליות שנוצרות כתוצאה ממוטציות בתוך המיטוכנדריה, ניתנות לאיתור באופן מטריאליניאלי. בנוסף, חלק מהתכונות הפיזיות של צמחים, כמו צבע העלה, נקבעות על ידי גנים חוץ-גרעיניים, וגם עוברות הלאה מהורה אחד בלבד.

12.17:

תורשה לא-גרעינית

Most DNA resides in the nucleus of a cell. However, some organelles in the cell cytoplasm⁠—such as chloroplasts and mitochondria⁠—also have their own DNA. These organelles replicate their DNA independently of the nuclear DNA of the cell in which they reside. Non-nuclear inheritance describes the inheritance of genes from structures other than the nucleus.

Mitochondria are present in both plants and animal cells. They are regarded as the “powerhouses” of eukaryotic cells because they break down glucose to form energy that fuels cellular activity. Mitochondrial DNA consists of about 37 genes, and many of them contribute to this process, called oxidative phosphorylation.

Chloroplasts are found in plants and algae and are the sites of photosynthesis. Photosynthesis allows these organisms to produce glucose from sunlight. Chloroplast DNA consists of about 100 genes, many of which are involved in photosynthesis.

Unlike chromosomal DNA in the nucleus, chloroplast and mitochondrial DNA do not abide by the Mendelian assumption that half an organism’s genetic material comes from each parent. This is because sperm cells do not generally contribute mitochondrial or chloroplast DNA to zygotes during fertilization.

While a sperm cell primarily contributes one haploid set of nuclear chromosomes to the zygote, an egg cell contributes its organelles in addition to its nuclear chromosomes. Zygotes (and chloroplasts in plant cells) typically receive mitochondria and chloroplasts solely from the egg cell; this is called maternal inheritance. Maternal inheritance is a type of non-nuclear, or extranuclear, inheritance.

Why do mitochondria and chloroplasts have their own DNA? The prevailing explanation is the endosymbiotic theory. The endosymbiotic theory states that mitochondria and chloroplasts were once independent prokaryotes. At some point, they joined host eukaryotic cells and entered a symbiotic relationship—one that benefits both parties.

Suggested Reading

Miko, I. "Non-nuclear genes and their inheritance." Nature Education 1, no. 1 (2008). [Source]

Patananan, Alexander N., Ting-Hsiang Wu, Pei-Yu Chiou, and Michael A. Teitell. 2016. “Modifying the Mitochondrial Genome.” Cell Metabolism 23 (5): 785–96. [Source]