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7.1C: Geninversion - Biologie

7.1C: Geninversion - Biologie


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Lernziele

  • Erklären Sie, wie Gensequenzinversionen einen regulatorischen Effekt haben können

Rekombinierende Sequenzen in ortsspezifischen Reaktionen sind normalerweise kurz und treten an einer einzigen Zielstelle innerhalb der rekombinierenden Sequenz auf. Damit dies geschieht, gibt es typischerweise einen oder mehrere Cofaktoren (um nur einige zu nennen: DNA-bindende Proteine ​​und das Vorhandensein oder Fehlen von DNA-Bindungsstellen) und eine ortsspezifische Rekombinase. Es gibt auch eine Orientierungsänderung der DNA, die die Genexpression oder die Struktur des Genprodukts beeinflusst. Dies geschieht durch Veränderung der räumlichen Anordnung des Promotors bzw. der regulatorischen Elemente.

Durch die Verwendung spezifischer Rekombinasen wird eine bestimmte DNA-Sequenz invertiert, was zu einem EIN- nach AUS-Schalter des Gens führt, das sich innerhalb oder neben diesem Schalter befindet und umgekehrt. Viele Bakterienarten können die Inversion nutzen, um die Expression bestimmter Gene zum Vorteil des Bakteriums während einer Infektion zu verändern. Das Inversionsereignis kann einfach sein, indem man den Umschalter in die Expression eines Gens einbezieht, wie E coli Pilin-Ausdruck; oder komplizierter durch die Beteiligung mehrerer Gene an der Expression mehrerer Flagellintypen durch S. typhimurium. Fimbrienadhäsion durch die Typ-I-Fimbrien in E coli erfährt eine ortsspezifische Inversion, um die Expression von . zu regulieren fimA, die Hauptuntereinheit der Pili, abhängig vom Stadium der Infektion. Das invertierbare Element enthält einen Promotor, der je nach Orientierung die Transkription von . ein- oder ausschaltet fimA. Die Inversion wird durch zwei Rekombinasen, FimB und FimE, und regulatorische Proteine ​​H-NS, Integration Host Factor (IHF) und Leucin-responsive Protein (LRP) vermittelt. Die FimE-Rekombinase hat die Fähigkeit, nur das Element zu invertieren und die Expression von ein auf aus umzuschalten, während FimB die Inversion in beide Richtungen vermitteln kann.

Wichtige Punkte

  • Rekombinierende Sequenzen in ortsspezifischen Reaktionen sind normalerweise kurz und treten an einer einzigen Zielstelle auf. Damit dies geschieht, gibt es typischerweise einen oder mehrere Cofaktoren (um nur einige zu nennen: DNA-bindende Proteine ​​und das Vorhandensein oder Fehlen von DNA-Bindungsstellen) und eine ortsspezifische Rekombinase.
  • Viele Bakterienarten können die Inversion nutzen, um die Expression bestimmter Gene zum Vorteil des Bakteriums während einer Infektion zu verändern.
  • Das Inversionsereignis kann einfach sein, indem man den Umschalter in die Expression eines Gens einbezieht, wie E. typhimurium.

Schlüsselbegriffe

  • Rekombinase: Jedes von mehreren Enzymen, die die Rekombination von DNA-Fragmenten zwischen mütterlichen und väterlichen Chromosomen in Prokaryonten vermitteln.

Die Rolle der genetischen Beratung bei der unfruchtbaren Patientin

Umkehrungen

Chromosomeninversionen sind definiert als die Neuordnung, die durch zwei Bruchstellen innerhalb desselben Chromosoms mit anschließender Inversion und Wiedereinfügung dieses Fragments erzeugt wird.

Chromosomeninversionen können sein:

Perizentrisch: wenn das invertierte Fragment das Zentromer des Chromosoms enthält

Parazentrisch: wenn das invertierte Fragment das Zentromer des Chromosoms nicht enthält.

Die Häufigkeit von Chromosomeninversionen in der Allgemeinbevölkerung beträgt 1–5 von 10.000 für parazentrische Inversionen und 1–7 von 10.000 für perizentrische Inversionen.

Einige Inversionen sind chromosomale Heteromorphismen umfassen [57]:

In den meisten Fällen hat die Tatsache, Träger einer Chromosomeninversion zu sein, keine direkten Auswirkungen auf die Gesundheit. Träger einer ausgewogenen Robertson-Translokation haben jedoch aufgrund unausgeglichener Gameten einige Auswirkungen auf die Reproduktion:

Wiederkehrende Schwangerschaftsverluste (bei 3%–9% der Paare mit wiederkehrenden Schwangerschaftsverlusten).

Nachkommen mit einer unausgeglichenen Chromosomenumlagerung: •

Bei unbalancierten perizentrischen Inversionen: Bildung von Rekombinanten mit Deletion und Duplikation des invertierten Segments

Bei unausgeglichenen parazentrischen Inversionen: invertierte Duplikationen der Segmente.


Die Evolution der Geschlechtsbestimmung im Zusammenhang mit einer Chromosomeninversion

Die Geschlechtsbestimmung ist ein fundamental wichtiger und hoch diversifizierter biologischer Prozess, die Mechanismen hinter der Entstehung dieser Vielfalt sind jedoch weitgehend unbekannt. Hier schlagen wir vor, dass die Evolution von Geschlechtsbestimmungssystemen durch eine chromosomale Inversion angetrieben werden kann. Wir zeigen, dass sich vor kurzem ein XY-System entwickelt hat, insbesondere Neunstachlige Stichling (Pungitius pungitius) Populationen, die aus einer alten Hybridisierung zwischen zwei divergenten Abstammungslinien hervorgegangen sind. Unsere phylogenetischen und genetischen Kartierungsanalysen zeigen, dass das XY-System in einer großen Inversion gebildet wird, die mit hybrider Sterilität zwischen den divergenten Linien verbunden ist. Wir vermuten, dass sich bei der Inversion als Reaktion auf die Selektion gegen die beeinträchtigte männliche Fertilität in einer hybridisierten Population ein neues männlich bestimmendes Gen entwickelt hat. Da Inversionen bei Tieren und Pflanzen häufig mit Hybrid-Unverträglichkeiten verbunden sind, könnten sie häufig zur Diversifizierung von Geschlechtsbestimmungssystemen beitragen.

Interessenkonflikt-Erklärung

Die Autoren erklären keine konkurrierenden Interessen.

Figuren

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Phylogenetische Beziehungen zwischen Pungitius Bevölkerungen. ein Probenahmestellen von Pungitius Populationen und Verbreitungen…

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QTL-Region für hybride männliche und weibliche Fertilität. ein QTL-Analysen für männliche…

Entwicklung der Geschlechtsbestimmung in…

Evolution der Geschlechtsbestimmung bei Gasterosteidae-Fischen. Hypothetische Prozesse, die an der Evolution beteiligt sind…


Parazentrische Inversion im Chromosom (mit Diagramm)

Bei parazentrischen Inversionen erfolgt die Chromosomenpaarung durch Schleifenbildung im invertierten Bereich, das Zentromer bleibt außerhalb der Schleife. Das Überkreuzen in der Schleife verursacht die Bildung von dizentrischen Chromatiden, die in der Anaphase Brücken erzeugen.

Chromatidbrücken können je nach Überkreuzungsposition bei AI oder All gebildet werden. Wie in Abb. 15.6 gezeigt, kann ein Überkreuzen an verschiedenen Stellen innerhalb der Schleife auftreten. Es kann auch im interstitiellen Bereich auftreten.

Die Ergebnisse des Crossovers an den verschiedenen Positionen sind unten angegeben:

(1) Eine einzelne Überkreuzung an einer beliebigen Position in der Inversionsschleife führt zu einem dizentrischen Chromatid und einem azentrischen Fragment. Bei AI werden eine Brücke und ein Fragment beobachtet (Abb. 15.6).

(2) Ein Double Crossing Over mit den gleichen beiden Chromatiden (2-strängiges Double Crossing Over), zB an den Positionen I und II in Abb. 15.6, führt zu keiner Veränderung der Chromosomen.

(3) Ein Double Crossing Over mit drei Chromatiden (3-Strang Double Crossing Over), z. B. an den Positionen I und III oder IV, erzeugt eine dizentrische Chromatidbrücke und ein azentrisches Fragment bei AI.

(4) Ein Double Crossing Over mit allen vier Chromatiden (4-Strang Double Crossing Over), z. B. an den in Abb. 15.6 gezeigten Positionen I und V, erzeugt zwei dizentrische Chromatiden und zwei azentrische Fragmente. Als Ergebnis werden am AI eine Doppelbrücke und zwei Fragmente beobachtet (Abb. 15.7).

(5) Ein Crossing-over im interstitiellen Bereich (Position VI in Abb. 15.6) und ein einzelnes Crossing-over an der Position I in der Inversionsschleife erzeugt eine dizentrische Brücke plus ein azentrisches Fragment bei AI.

(6) Ein Crossing-Over in der interstitiellen Region und ein einzelnes Crossing-Over an Position III oder IV (Abb. 15.6) in der Inversionsschleife (drei Stränge beteiligt) erzeugen ein Fragment und eine Schleife bei AI, was zu einer dizentrischen Brücke führt in einer Zelle der Dyade überhaupt (Abb. 15.8).

(7) Ein Crossing-Over in der interstitiellen Region (Position VI) und ein einzelnes Crossing-Over an Position (V) (Abb. 15.6) in der Inversionsschleife (4 Stränge beteiligt) erzeugt eine Brücke und ein Fragment an AI.

(8) Ein Crossing over im interstitiellen Bereich (Position VI) und ein Double Crossing over an den Positionen I und II (2 Stränge beteiligt) haben keinen Einfluss auf die Chromatiden und ihr Verhalten.

(9) Ein Crossing-over in der interstitiellen Region (Position VI) und ein doppeltes Crossing-over an den Positionen I und III (3 Stränge beteiligt) wird eine dizentrische Brücke und ein Fragment an al.

(10) Ein Crossing-Over in der interstitiellen Region und ein Double-Crossing-Over an den Positionen I und IV (3 beteiligte Stränge) erzeugen eine Schleife plus ein azentrisches Fragment bei AI und eine Brücke plus ein Fragment bei All.

(11) Ein Crossing-over in der interstitiellen Region (Position VI) und ein Double-Crossing-over in der Inversionsschleife an den Positionen I und V (4 Stränge beteiligt) erzeugt eine Doppelbrücke und zwei azentrische Fragmente an AI.

(12) Ein Crossing over im interstitiellen Bereich (Position VI) und ein Double Crossing in der Inversionsschleife an den in Abb. 15.6 gezeigten Positionen III und IV (4 Chromatiden beteiligt) erzeugt zwei Schleifen und zwei azentrische Fragmente bei AI. (Abb. 15.9). Dies führt zu einer dizentrischen Brücke in beiden Zellen der Dyade.

Chromosomenkonfigurationen bei AI und All, die sich aus allen obigen Kombinationen ergeben, werden in vier Klassen eingeteilt und wie folgt zusammengefasst:

(a) Eine einzelne Brücke (ein dizentrisches Chromatid) plus ein azentrisches Fragment bei AI (BF).

(b) Eine Doppelbrücke (zwei dizentrische Chromatiden) plus zwei azentrische Fragmente bei AI (BBFF),

(c) Eine Schleife plus ein azentrisches Fragment bei AI und eine dizentrische Brücke in einer Zelle der Dyade bei AII(LF),

(d) Zwei Schleifen plus zwei azentrische Fragmente bei AI und eine dizentrische Brücke in beiden Zellen der Dyade bei All (LLFF).

Die Häufigkeiten dieser Konfigurationen, die bei parazentrischen Inversions-Heterozygoten verschiedener Organismen beobachtet wurden, sind in Tabelle 15.2 angegeben. Mehrere Umweltfaktoren beeinflussen das Auftreten von Crossing-over während der Meiose und beeinflussen dadurch die Häufigkeit von Brücken und Fragmenten. Ein solcher Faktor ist die Temperatur.

Swanson fand heraus, dass in Tradescantia die Häufigkeit von Brücken von 17,5% auf 47,8% anstieg, wenn die Temperatur von 12-15°C auf 27°C erhöht wurde. Mit den “Holm”- und “Das”-Inversionen in Gerste demonstrierten Powell und Nilan, dass die Frequenzen von Brücken und Fragmenten durch Temperaturänderungen während der Meiose verändert werden konnten.

Daher sollten Umwelteinflüsse auf die Frequenzen verschiedener Konfigurationen beim Vergleich verschiedener Inversionen berücksichtigt werden.

Auftreten:

Eine parazentrische Inversion ist aufgrund des Vorhandenseins von Brücke plus Fragment während der Meiose leicht zu erkennen. Bei perizentrischen Inversionen wird jedoch nie eine Brücke gebildet, daher ist ihre Erkennung relativ schwieriger. Brücken und Fragmente treten jedoch auch aufgrund anderer Anomalien auf, wie zum Beispiel Bruch und Verschmelzung von Chromosomen, Bruch und Wiedervereinigung von Schwesterchromatiden, Duplikationen und Klebrigkeit.

Parazentrische Inversionen wurden bei mehreren Pflanzenarten untersucht, z. B. Maisgerste, Trillium, Liliumtestaceum, L. formosanum, Viciafaba und anderen. Eine Reihe von parazentrischen Inversionen wurden bei Tieren wie Drosophila, Mücke (Anophilesmesseae), Gelbfiebermücke (Aedesaegypti), Heuschrecke Cammulapellucida, Sciara, Mensch und anderen beschrieben. Inversionen können spontan auftreten oder durch Mutagene induziert werden.

(1) McClintock, B. 1938. Missouri Agr. Erw. Sta. Res. Stier. 290: 1-48.

(2) Russel, W. A. ​​und Burnham, C. R. 1950. Sci. Agr. 30: 93-111.

(3) Rhoades, M. M. und Dempsey, E. 1953. Amer. J.Bot. 40 : 405-424.

(4) Brandham, R. E. 1969. Chromosoma26: 270-286.

(5) Sjodin, J. 1971. Hereditas67: 39-54.

(6) Brown, S. W. und Zohary D. 1955. Genetics 40: 850-873.

(7) Smith, L. 1941. J. Genet. 30: 227-232.

(8) Das. K. 1955. Indian J. Genet.15: 99-111.

(9) Ekberg, I. 1967. Ph.D. Abschlussarbeit, Univ. Stockholm.

(10) Prasad. G. 1975. Gerste Genet.Ill Proc. 3. Int. Gerste Genet.Symp.Garching.pp. 282- 288.

(11) Nur. U. 1968. Chromosoma25: 198-214.

Brückeneliminationsmechanismus:

Bei Mais wurde beobachtet, dass dizentrische Brücken nicht in der Megaspore enthalten sind, die den Embryosack bildet, weshalb sie im Ei nie vorhanden sind. Auch bei Drosophila ist die Brücke nicht in der Eizelle enthalten. Der Mechanismus, der den Einbau der Brücke in die weiblichen Gameten verhindert, ist bei beiden Organismen ähnlich.

Bei Drosophila wird die dizentrische Brücke bei AI aufgrund eines einzigen Überkreuzens innerhalb der Inversionsschleife gebildet. Die zweite meiotische Teilung erfolgt so, dass die beiden inneren Kerne durch die Chromatidbrücke miteinander verbunden sind, während die beiden äußersten Kerne die nicht gekreuzten Chromatiden erhalten, dh ein Kern erhält das normale Chromatid, während das invertierte Chromatid an den anderen weitergegeben (Abb. 15.10).

Einer dieser beiden äußeren Kerne bildet die Eizelle, während die restlichen drei Polkörperchen bilden. Bei Mais bildet sich eine lineare Tetrade und eine der äußeren Megasporen entwickelt sich zu einem Embryosack (Abb. 15.11). Diese Megaspore enthält entweder das normale oder das invertierte Nicht-Crossover-Chromatid, das im Eikern enthalten ist. Somit bleiben parazentrische Inversionen in den Populationen erhalten.

Fruchtbarkeit parazentrischer Inversions-Heterozygoten:

In den im vorherigen Abschnitt beschriebenen Fällen der bevorzugten Segregation ist die Fertilität von parazentrischen Inversion heterozygoten Weibchen oder die Fruchtbarkeit der Eizellen nicht beeinträchtigt. In Pollen-Mutterzellen ist jedoch kein solcher Mechanismus wirksam, da die Mikrosporen alle Produkte der Kreuzung innerhalb der Inversionsschleife enthalten. PMC’s ohne Crossing Over in der Inversionsschleife produzieren 100% ausgewogene und funktionelle Gameten.

Das Überkreuzen innerhalb der Inversionsschleife führt jedoch zur Bildung von Mangel-Duplikationschromatiden, und die Sporen, die solche Chromatiden tragen, sind unausgeglichen und nicht funktionsfähig. Die BF- und LF-Zellen (Abb. 15.6, 15.8) produzieren 50 % ausgeglichene und 50 % unausgeglichene Gameten, während BBFF- und LLFF-Zellen 100 % unausgeglichene Gameten produzieren (Abb. 15.7, 15.9).

Daher kann auf der Grundlage der verschiedenen während der AI beobachteten Konfigurationen die Pollenfruchtbarkeit/Sterilität vorhergesagt werden. Die beobachtete und erwartete Pollenfruchtbarkeit bei zwei parazentrischen Inversions-Heterozygoten von kaum sind in Tabelle 15.3 dargestellt.

Die durchschnittlichen Häufigkeiten von BF-, BBFF-, LF- und LLFF-Konfigurationen bei AI in einer Inversion betrugen 19,0 %, 7,8 %, 17,2 % bzw. 5,6 %. Daher würde die vorhergesagte Pollensterilität 31,5% [= (19,0) /2 + 7,8 + (17,2) 12 + 5,6 Prozent] betragen, was dem beobachteten Wert von 33,6% ziemlich nahe kommt.

Andererseits beträgt die geschätzte Pollenfruchtbarkeit 68,5%, was mit dem beobachteten Wert von 66,4% vergleichbar ist. Enge Ähnlichkeiten zwischen der beobachteten und der vorhergesagten Pollenfruchtbarkeit wurden bei verschiedenen Pflanzen wie Mais, Gerste, Viciafaba und anderen beobachtet.


Inhalt

Durch das Floxing eines Gens kann es deletiert (ausgeknockt), [5] [6] transloziert oder inseriert [7] (durch verschiedene Mechanismen bei der Cre-Lox-Rekombination) werden.

Das „Floxing“ von Genen ist für die Entwicklung wissenschaftlicher Modellsysteme essenziell, da es die räumliche und zeitliche Veränderung der Genexpression ermöglicht. Laienhaft ausgedrückt kann das Gen in einem bestimmten Gewebe ausgeschaltet (inaktiviert) werden in vivo, jederzeit vom Wissenschaftler gewählt. Der Wissenschaftler kann dann die Auswirkungen des ausgeschalteten Gens bewerten und die normale Funktion des Gens identifizieren [8] . Dies unterscheidet sich vom Fehlen des Gens ab der Empfängnis, wobei die Inaktivierung oder der Verlust von Genen, die für die Entwicklung des Organismus essentiell sind, die normale Funktion der Zellen beeinträchtigen und die Produktion lebensfähiger Nachkommen verhindern kann. [9]

Löschmechanismus Bearbeiten

Deletion-Ereignisse sind nützlich für die Durchführung von Gen-Editing-Experimenten durch präzises Herausschneiden von Segmenten oder sogar ganzen Genen. Die Deletion erfordert eine Verflockung des interessierenden Segments mit loxP-Stellen, die in die gleiche Richtung weisen. Die Cre-Rekombinase erkennt die unidirektionalen loxP-Stellen und schneidet das gefloxte DNA-Segment aus. [10] Die erfolgreich bearbeiteten Klone können mit einem Selektionsmarker selektiert werden, der mit dem gleichen Cre-loxP-System entfernt werden kann. [10] Der gleiche Mechanismus kann verwendet werden, um konditionale Allele zu erzeugen, indem eine FRT/Flp-Stelle eingeführt wird, die den gleichen Mechanismus, aber mit einem anderen Enzym erreicht.

Mechanismus der Inversion Bearbeiten

Inversionsereignisse sind nützlich, um die Menge an genetischem Material aufrechtzuerhalten. Die invertierten Gene sind nicht oft mit abnormalen Phänotypen verbunden, was bedeutet, dass die invertierten Gene im Allgemeinen lebensfähig sind. [11] Cre-loxP-Rekombination, die zu einer Insertion führt, erfordert loxP-Stellen, um das interessierende Gen zu floxieren, wobei die loxP-Stellen zueinander ausgerichtet sind. Durch die Cre-Rekombination wird die von den loxP-Stellen gefloxte Region invertiert [12], dieser Prozess ist nicht permanent und kann umgekehrt werden. [13]

Mechanismus der Translokation Bearbeiten

Translokationsereignisse treten auf, wenn das loxP flox-Gene auf zwei verschiedenen DNA-Molekülen in einer unidirektionalen Orientierung platziert. Cre-Rekombinase wird dann verwendet, um eine Translokation zwischen den beiden DNA-Molekülen zu erzeugen, wobei das genetische Material von einem DNA-Molekül zum anderen ausgetauscht wird, wodurch eine gleichzeitige Translokation beider floxed-Gene entsteht. [14] [15]

Es wurde gezeigt, dass Kardiomyozyten (Herzmuskelgewebe) eine Art von Cre-Rekombinase exprimieren, die für Kardiomyozyten hochspezifisch ist und von Forschern verwendet werden kann, um hocheffiziente Rekombinationen durchzuführen. Dies wird durch die Verwendung eines Cre-Typs erreicht, dessen Expression durch den Promotor der schweren α -Myosin-Kette (α -MyHC) gesteuert wird. Diese Rekombinationen sind in der Lage, Gene auf eine Weise zu zerstören, die nur für das Herzgewebe spezifisch ist in vivo und ermöglicht die Erzeugung von bedingten Knockouts des Herzens, die hauptsächlich als Kontrollen verwendet werden. [16]

Beispielsweise bewirkt die Verwendung der Cre-Rekombinase mit dem α-MyHC-Promotor, dass das floxed-Gen allein im Herzen inaktiviert wird. Außerdem können diese Knockouts induzierbar sein. In mehreren Studien an Mäusen wird Tamoxifen verwendet, um die Cre-Rekombinase zu induzieren. [17] [18] In diesem Fall wird Cre-Rekombinase an einen Teil des Östrogenrezeptors (ER) der Maus fusioniert, der eine Mutation innerhalb seiner Ligandenbindungsdomäne (LBD) enthält. Die Mutation macht den Rezeptor inaktiv, was durch seine Wechselwirkungen mit Chaperonproteinen wie dem Hitzeschockprotein 70 und 90 (Hsp70 und Hsp90) zu einer Fehllokalisation führt. Tamoxifen bindet an Cre-ER und unterbricht seine Interaktionen mit den Chaperonen, wodurch das Cre-ER-Fusionsprotein in den Zellkern eintreten und eine Rekombination am floxed-Gen durchführen kann. [19] [20] Darüber hinaus kann die Cre-Rekombinase durch Hitze induziert werden, wenn sie von spezifischen Hitzeschockelementen (HSEs) kontrolliert wird. [21] [22]


Genetische Variation bei der Meiose

Die bei der Meiose produzierten Gameten sind genetisch nicht identisch mit der Ausgangszelle, und sie sind auch nicht miteinander identisch. Betrachten Sie als Beispiel das obige Meiose-II-Diagramm, das die Endprodukte der Meiose für eine einfache Zelle mit einer diploiden Zahl von . zeigt 2n = 4 Chromosomen. Die vier Gameten, die am Ende der Meiose II produziert werden, sind alle leicht unterschiedlich, jede mit einer einzigartigen Kombination des in der Ausgangszelle vorhandenen genetischen Materials.

Wie sich herausstellt, gibt es selbst für eine einfache Zelle mit nur vier Chromosomen viel mehr potenzielle Gametentypen als nur die vier im Diagramm gezeigten. Diese Vielfalt möglicher Gameten spiegelt zwei Faktoren wider: das Überkreuzen und die zufällige Orientierung von Homologenpaaren während der Metaphase der Meiose I.

  • Überqueren. Die Punkte, an denen sich Homologe überkreuzen und genetisches Material austauschen, werden mehr oder weniger zufällig ausgewählt und werden in jeder Zelle, die die Meiose durchläuft, unterschiedlich sein. Wenn die Meiose viele Male auftritt, wie es bei menschlichen Eierstöcken und Hoden der Fall ist, kommt es an vielen verschiedenen Stellen zu Überkreuzungen. Diese Wiederholung erzeugt eine große Vielfalt rekombinanter Chromosomen, Chromosomen, bei denen DNA-Fragmente zwischen Homologen ausgetauscht wurden.
  • Zufällige Orientierung von Homologpaaren. Die zufällige Orientierung von Homologenpaaren während der Metaphase der Meiose I ist eine weitere wichtige Quelle der Gametendiversität.

Abbildung 4. Chromosomenkonfiguration und Homologentrennung

Was genau bedeutet zufällige Ausrichtung meinst du hier? Nun, ein homologes Paar besteht aus einem Homolog von Ihrem Vater und einem von Ihrer Mutter, und Sie haben insgesamt 23 Paare von homologen Chromosomen, wobei X und Y für diesen Zweck als homolog gezählt werden. Während der Meiose I trennen sich die homologen Paare, um zwei gleiche Gruppen zu bilden, aber es ist normalerweise nicht der Fall, dass alle väterlichen-Vater-Chromosomen in eine Gruppe und alle mütterlichen-Mutter-Chromosomen in die andere Gruppe gehen.

Stattdessen wird jedes Homologenpaar effektiv eine Münze werfen, um zu entscheiden, welches Chromosom in welche Gruppe gehört. In einer Zelle mit nur zwei homologen Chromosomenpaaren, wie der rechten, ermöglicht die zufällige Metaphasenorientierung 2 2 = 4 verschiedene Arten möglicher Gameten. In einer menschlichen Zelle ermöglicht der gleiche Mechanismus 2 23 = 8.388.608 verschiedene Arten möglicher Gameten [1] . Und das ist noch nicht einmal an Crossovers gedacht!

Angesichts dieser Zahlen ist es sehr unwahrscheinlich, dass zwei Spermien oder Eizellen, die von einer Person hergestellt werden, gleich sind. Es ist sogar noch unwahrscheinlicher, dass Sie und Ihre Schwester oder Ihr Bruder genetisch identisch sind, es sei denn, Sie sind eineiige Zwillinge, dank des Befruchtungsprozesses (bei dem sich eine einzigartige Eizelle von Mama mit einem einzigartigen Sperma von Papa verbindet, wodurch eine Zygote entsteht, deren Genotyp liegt weit über 1 zu einer Billion!) [2] .

Meiose und Befruchtung erzeugen genetische Variation durch neue Kombinationen von Genvarianten (Allele). In einigen Fällen können diese neuen Kombinationen einen Organismus mehr oder weniger fit (überlebens- und fortpflanzungsfähig) machen und somit den Rohstoff für die natürliche Selektion liefern. Genetische Variation ist wichtig, damit sich eine Population durch natürliche Selektion anpassen und so langfristig überleben kann.


Effiziente Inversionen und Duplikationen regulatorischer DNA-Elemente und Gencluster von Säugetieren durch CRISPR/Cas9

Das menschliche Genom enthält Millionen von DNA-regulierenden Elementen und eine große Anzahl von Genclustern, von denen die meisten nicht experimentell getestet wurden. Die mit einer synthetischen Single-Guide-RNA (sgRNA) programmierte Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR)/CRISPR-assoziierte Nuklease 9 (Cas9) erweist sich als Methode zur Genom-Editierung in praktisch allen Organismen. Hier berichten wir, dass gezielte DNA-Fragment-Inversionen und -Duplikationen in Human- und Mausgenomen durch CRISPR mit zwei sgRNAs leicht erreicht werden konnten. Insbesondere fanden wir, dass in kultivierten menschlichen Zellen und Mäusen effiziente präzise Inversionen von DNA-Fragmenten mit einer Größe von einigen zehn bp bis zu hunderten von kb erzeugt werden können. Darüber hinaus könnten DNA-Fragment-Duplikationen und -Deletionen durch CRISPR durch transallelische Rekombination zwischen den Cas9-induzierten Doppelstrangbrüchen (DSBs) auf zwei homologen Chromosomen (Chromatiden) erzeugt werden. Darüber hinaus konnten Kreuzungen kombinatorischer Inversionen und Duplikationen der durch Cas9 induzierten Protocadherin (Pcdh)-Gencluster mit vier sgRNAs nachgewiesen werden. Bei Mäusen erhielten wir Gründer mit Allelen präziser Inversionen, Duplikationen und Deletionen von DNA-Fragmenten unterschiedlicher Größe durch CRISPR. Interessanterweise fanden wir, dass sehr effiziente Inversionen durch Mikrohomologie-vermittelte Endverbindung (MMEJ) durch kurze invertierte Wiederholungen vermittelt wurden. Wir haben zum ersten Mal gezeigt, dass DNA-Fragment-Inversionen durch Keimbahnen bei Mäusen übertragen werden können. Schließlich wendeten wir diese CRISPR-Methode auf ein regulatorisches Element des Pcdhα-Clusters an und fanden eine neue Rolle bei der Regulierung von Mitgliedern des Pcdhγ-Clusters. Diese einfache und effiziente Methode sollte bei der Manipulation von Säugetiergenomen nützlich sein, um Millionen regulatorischer DNA-Elemente sowie eine große Anzahl von Genclustern zu untersuchen.

Schlüsselwörter: CRISPR/Cas9 DNA regulatorisches Element Inversion Deletion Duplikation Enhancer Gencluster Genommanipulation.

© Der Autor (2015). Herausgegeben von Oxford University Press im Auftrag des Journal of Molecular Cell Biology, IBCB, SIBS, CAS.

Figuren

Umkehrung, Vervielfältigung und Löschung von…

Inversion, Duplikation und Deletion eines DNA-Fragments im PCdh α behördlich…

Gezielte Inversionen von DNA-Fragmenten…

Gezielte Inversionen von DNA-Fragmenten unterschiedlicher Größe bei Mäusen und beim Menschen…

Segmentale Duplikationen von CRISPR durch…

Segmentale Duplikationen durch CRISPR bis trans -allelische Rekombination in Mäusen und menschlichen Zellen.…

Kombinatorische genomische Inversionen und Duplikationen…

Kombinatorische genomische Inversionen und Duplikationen durch CRISPR mit vier sgRNAs. ( EIN )…

Die Anwendung von Inversion und…

Die Anwendung von Inversion und Deletion durch CRISPR auf einen Enhancer der…


Inversion

Umkehrung
Eine Strukturänderung bei einem Chromosom, bei der die Reihenfolge der Genorte umgekehrt wird.
Quelle: Jenkins, John B. 1990. Humangenetik, 2. Auflage. New York: Harper & Row.

Walden Umkehrung
Eine Änderung der Konfiguration an einem asymmetrischen Kohlenstoffatom durch den Eintritt einer angreifenden Gruppe von einer Seite des Zentrums, gleichzeitig mit dem Verlassen einer Abgangsgruppe von der anderen Seite.
Zurück zur Suchseite.

Umkehrung Eine Umkehrung der Reihenfolge der Gene auf einem Chromosomensegment.
Ion Ein Atom, das Elektronen aus seiner äußeren Hülle verloren oder gewonnen hat und daher eine positive oder negative Ladung hat, bzw. symbolisiert durch ein hochgestelltes Plus- oder Minuszeichen und manchmal eine Zahl, z. B. H+, Na+1, Cl-2.

Eine Aberration in der Chromosomenstruktur, die aus einem Meiosefehler oder einer Mutagen-Wiederanlagerung in einer umgekehrten Orientierung eines Chromosomenfragments zu dem Chromosom, von dem das Fragment stammt, herrührt.
wirbellos.

Eine DNA-Umlagerung, bei der eine Nukleotidsequenz in umgekehrter Orientierung relativ zum Rest des Moleküls vorliegt.

/in-VER-shən/ n. Ein Chromosomensegment, das in Bezug auf den Rest des Chromosoms umgekehrt wurde.
Wirbellose /in-VERT-ə-brət/ (1) n. Jedes Tier ohne Rückgrat. Wirbellose entwickeln während der Embryogenese keine Chorda (2) adj. Von, sich auf ein solches Tier beziehen oder es sein.

Eine Drehung nach innen oder nach außen, wie auch bei der Embryogenese von Schwämmen, Umkehrung der Reihenfolge der Gene oder Umkehrung eines Chromosomenabschnitts.
Hülle aus Hüllblättern, die eine Blüte oder einen Blütenstand begrenzen.
unwillkürliches Nervensystem Stimuliert die glatten und Herzmuskeln und Drüsen des Körpers.

12. Ist die Aufwärtsbewegung warmer Luft gut oder schlecht für die Ableitung von Schadstoffen?
.

Mutationen: Ursachen & Auswirkungen
Genetische Störungen: Penetranz und phänotypische Variabilität
Reparatur von DNA-Fehlpaarungen: Korrigieren von Fehlern, die während der DNA-Replikation auftreten .

ist eine Mutation, die buchstäblich ein Segment eines Chromosoms umdreht. Es ist, als ob das Segment entfernt, um 180 Grad gedreht und dann wieder angebracht würde. Unreduzierbare Komplexität.

tritt auf, wenn sich ein Chromosomenfragment wieder an das ursprüngliche Chromosom anheftet, jedoch in umgekehrter Ausrichtung.
Bei der Translokation verbindet sich ein Chromosomenfragment mit einem nichthomologen Chromosom.
Löschungen und Duplikationen treten besonders während der Meiose auf.

s und Translokationen können durch Beobachtung von Zellen während der Meiose identifiziert werden, da sich homologe Chromosomen mit einer Neuordnung in einem der Paare verdrehen müssen, um eine angemessene Genausrichtung aufrechtzuerhalten und während der Prophase I effektiv zu paaren.

ist eine Chromosomenumlagerung, bei der ein Segment eines Chromosoms von Ende zu Ende umgekehrt wird.
Die chromosomale Translokation ist eine Chromosomenanomalie, die durch die Neuanordnung von Teilen zwischen nichthomologen Chromosomen verursacht wird.
Experimente der Chromosomentechnik[Bearbeiten] .

(Umkehrung) eines DNA-Abschnitts innerhalb eines Chromosoms
Schlüsselarten
eine Art, die im Verhältnis zu ihrer Häufigkeit einen unverhältnismäßig großen Einfluss auf ihre Umwelt hat.

Insertion – Anstatt Nukleotide zu löschen, fügt eine Insertionsmutation Nukleotide zu einem Genom hinzu.

- Ein DNA-Segment wird innerhalb des Gens um 180 Grad gedreht.
Reziproke Translokation - Zwei verschiedene Chromosomen (nicht homolog) tauschen DNA-Stücke aus.

Bakterien Petrischale zur Kultivierung Insertionsmutation Genmutation, bei der ein zusätzliches Nukleotid eingefügt wird instinktives angeborenes Verhaltensmuster, das oft auf spezifische Reize reagiert Interphase des Zellzyklus zwischen Zellteilungen besteht aus der G1-Phase, der S-Phase und der G2-Phase

und Eversion des Fußes, zusammen mit den winzigen Formänderungen, durch die er auf den Boden aufgesetzt wird oder beim Klettern einen Gegenstand ergreift usw.

Um 180 Grad gedrehte Chromosomensegmente. Die Gensequenz für das Segment ist in Bezug auf den Rest des Chromosoms umgekehrt. (ORNL)
Chromosom.

Sie erfordern auch, dass sich der Benutzer an das Phänomen der optischen

wird eine Probe nach links bewegt, so scheint sie sich unter dem Mikroskop nach oben zu bewegen, nach oben, nach unten und umgekehrt.

Im Hochwinter bilden sich oft starke Hochdruckgebiete über dem Großen Becken, was zu starken Temperaturen führt

S. Dies führt zu Luftstagnation und dichtem Smog im Tal von mehreren Tagen bis Wochen und kann zu den schlimmsten Luftverschmutzungsgraden in den USA führen.

Die Rekombination zwischen den wiederholten Sequenzen wie Transposons oder Insertionssequenzen kann eine Deletion verursachen oder

In der Musik ist eine Transformation jede Operation oder jeder Prozess, der auf eine musikalische Variable angewendet werden kann, normalerweise einen Satz oder eine Tonreihe in Zwölftonmusik, wie z.

, Multiplikation, Retrograd oder Rotation und Kombinationen davon. Siehe: Operation, Permutation.

Wir wissen es nicht genau, aber wir vermuten, dass [es gab] eine Reihe von

s großer DNA-Stücke auf dem Y-Chromosom. Wir glauben, dass [dies] es unmöglich machte, sich präzise und genau mit dem X-Chromosom zu paaren oder auszurichten.

Um das PDF wiederherzustellen, verwenden wir eine Variante des

Algorithmus EULER [15]. Aus dieser Funktion erhalten wir zusammen mit der empirischen Überlebensfunktion die Überlebensfunktion (hinsichtlich der Progression), die in Abbildung 6 dargestellt ist. Die Hazard-Funktion kann auch leicht berechnet werden.

Mutationen im großen Maßstab können weiter wie folgt klassifiziert werden: (1) Amplifikationen (oder Genduplikationen), (2) Deletionen großer chromosomaler Regionen und (3) chromosomale

S. Amplifikationen sind Mutationen, bei denen mehrere Kopien chromosomaler Regionen vorhanden sind.

Schleife führt, wenn sie auftritt, zu defekten (deletierten und duplizierten) Crossover-Chromosomen und zum Tod der Zygoten, die sie tragen.

(Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung): Eine der moderneren Methoden der Zytogenetik, die fluoreszenzmarkierte chromosomenspezifische DNA, Sonden zum Nachweis von Translokationen,

s, Deletionen, Amplifikationen und andere strukturelle oder numerische Chromosomenanomalien.

Jetzt gibt es Streichungen und Einfügungen, es gibt Duplikate,

Bei der Translokation tauscht man Dinge aus, bei denen man DNA von einem Chromosom auf ein anderes setzt und dann etwas ganz anderes, das als Nicht-Disjunktion bezeichnet wird, was ich ' .

Chromosomenbrüche und -duplikationen können verschiedene Arten von Chromosomenstrukturveränderungen verursachen, einschließlich Gendeletionen (Verlust von Genen), Genduplikationen (zusätzliche Gene) und Gen

s (gebrochenes Chromosomensegment wird umgekehrt und wieder in das Chromosom eingefügt).

Basierend auf den bisherigen Ergebnissen schlägt Charbonneau vor, dass GAs bei anderen schwierigen Problemen der Astrophysik Anwendung finden können und sollten, insbesondere bei inversen Problemen wie Doppler-Bildgebung und Helioseismik

La selecci n es una v a de doble sentido
La selecci n sexualact a, normalmente, en dos sentidos, aunque en ocasiones se ven

es de los papeles sexuales: .

gamma rays Used to induce mutations.Induceds many types of mutations such as small deletions, large deletions, chromosome

Non disjunction and changes in number (pre and post zygotic) polyploidy, aneuploidy, spontaneous abortions (SABs), advanced maternal age (AMA)
Changes in structure
Inherited and de novo structural changes translocations, deletions and

s, isochromosomes normal variants .

Or maybe it's a circumstance where I have the genes in the order ABC and you have them in the order of ACB because you have an

in that. Those don't have to be pathological. In fact, most of them won't be, but it's a different kind of variation that in some instances may be playing a role in disease risk.


1 Antwort 1

Your misunderstanding probably stems from the differences of definition of inverse in bioinformatics (reverse) and cell biology/genetics.

What is shown in the picture is chromosomal inversion, in which the segment of DNA gets cut, flipped and ligated. Note that in the DNA, 5' would be ligated to 3' and vice-versa. So the 5' of the bottom strand i.e. T is ligated to the 3' of the top strand i.e. C . Similarly for the other ends. Therefore, you see a reverse complementation.

The sequence of the top strand however should have been 5'-TTAC-TGCCGTCAG-TAG-3' which has been incorrectly shown as 5'-TTAC-TGGGGTGAG-TAG-3' . That is a mistake in the picture.


Die Anopheles gambiae 2La chromosome inversion is associated with susceptibility to Plasmodium falciparum in Afrika

Chromosome inversions suppress genetic recombination and establish co-adapted gene complexes, or supergenes. The 2La inversion is a widespread polymorphism in the Anopheles gambiae species complex, the major African mosquito vectors of human malaria. Here we show that alleles of the 2La inversion are associated with natural malaria infection levels in wild-captured vectors from West and East Africa. Mosquitoes carrying the more-susceptible allele (2L+ a ) are also behaviorally less likely to be found inside houses. Vector control tools that target indoor-resting mosquitoes, such as bednets and insecticides, are currently the cornerstone of malaria control in Africa. Populations with high levels of the 2L+ a allele may form reservoirs of persistent outdoor malaria transmission requiring novel measures for surveillance and control. The 2La inversion is a major and previously unappreciated component of the natural malaria transmission system in Africa, influencing both malaria susceptibility and vector behavior.

Schlüsselwörter: Anopheles Plasmodium chromosome rearrangement epidemiology evolutionary biology genomics global health host-pathogen interactions insect vector malaria.

Interessenkonflikt-Erklärung

The authors declare that no competing interests exist.

Figuren

Figure 1.. African study sites used in…

Figure 1.. African study sites used in study of the 2La inversion.

Proben von Anopheles…

Figure 2.. Plasmodium falciparum infection is associated…

Figure 2.. Plasmodium falciparum infection is associated with the 2La inversion genotype in the Anopheles…

Figure 2—figure supplement 1.. p-Values for all…

Figure 2—figure supplement 1.. p-Values for all Chi-Square post-hoc comparisons.

Significance values for all pairwise…

Figure 2—figure supplement 2.. Taxon breakdown and…

Figure 2—figure supplement 2.. Taxon breakdown and infection analysis of samples from Burkina Faso.

Figure 3.. 2La inversion homozygotes display equivalent…

Figure 3.. 2La inversion homozygotes display equivalent longevity under semi-field conditions.

Wild A. gambiae larvae…

Figure 4.. 2La inversion homozygotes are equally…

Figure 4.. 2La inversion homozygotes are equally susceptible to pathogenic fungus.

Figure 5.. Individuals carrying the 2L+ a…

Figure 5.. Individuals carrying the 2L+ a inversion allele are less likely to be captured…

Figure 5—figure supplement 1.. Spatial partitioning of…

Figure 5—figure supplement 1.. Spatial partitioning of 2L+ a carriers is reproduced at individual Guinea-Conakry…

Figure 6.. The 2La inversion has a…

Figure 6.. The 2La inversion has a monophyletic origin throughout Africa.

Phylogenetic trees were constructed…

Figure 6—figure supplement 1.. Principal components analysis…

Figure 6—figure supplement 1.. Principal components analysis (PCA) for 2La genotype assignment of whole-genome sequenced…

Figure 7.. The frequency of the 2La…

Figure 7.. The frequency of the 2La inversion is correlated with ecology.

350 km ecological transect from arid savanna in southern Mali to deep forest in southern Guinea-Conakry, and displayed a positive correlation (r 2 = 0.86, sample sizes from lowest to highest 2L+ a frequency, respectively, are n = 190, 191, 365, and 259). Because the samples used in this analysis included individuals from two taxa, A. gambiae und A. coluzzii, an additional analysis of ecological correlation was conducted for each taxon, shown in Figure 7—figure supplement 1. DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.25813.012

Figure 7—figure supplement 1.. Correlation of 2L+…

Figure 7—figure supplement 1.. Correlation of 2L+ a frequency with annual rainfall is reproduced in…