主な違い – 組換え vs 交叉
組換えと交叉は、子孫の間で遺伝的変異をもたらす2つの相関するプロセスです。
どちらも真核生物の第1減数分裂の第1相で起こる。
第1分裂期では、相同染色体が対になることで交差が起こり、非相同染色体間で交差することで組換えが起こります。
交差は、非姉妹染色体の間にできるキアズマと呼ばれるポイントで起こります。
キアズマは、非姉妹染色分体間のDNA断片の交換を可能にする。
このDNA断片の交換により、子孫に新しい対立遺伝子の組み合わせが生まれる。
組換えと交叉の主な違いは、組換えが子孫の間で対立遺伝子の異なる組み合わせの生産であるのに対し、交叉は非姉妹染色体間の遺伝物質の交換であり、組換えを生じさせるイベントであることである。
この記事の内容は
- 組換えとは
– 定義、プロセス、機能 - クロスオーバーとは
– 定義、過程、機能 - 組換えと交叉の違いとは？
組換えとは
親とは異なる形質の組み合わせの子孫が生まれることを、遺伝学では組換えといいます。
遺伝子の組換えは多くの場合、自然のプロセスです。
真核生物の遺伝子組換えは、減数第一分裂の第一プロフェーズで起こる。
減数第一分裂は、有性生殖のための配偶子を作るプロセスです。
配偶子中の遺伝子の変異は、遺伝的に多様な子孫の生産につながる。
真核生物の遺伝子組換えは、相同染色体の対合と、非相同染色体間の遺伝情報の交換によって行われる。
この相同染色体の対合はシナプシスと呼ばれる。
遺伝情報の交換には、物理的な移動と非物理的な移動があります。
遺伝情報の物理的な授受は、非姉妹染色体間の染色体セグメントの交換によって行われる。
一方、ある染色体の遺伝物質の部分を物理的に交換することなく、別の染色体にコピーすることができる。
この遺伝情報のコピーは、合成依存性鎖切断（SDSA）により行われ、情報の交換は可能だが、DNA断片の物理的な交換は不可能である。
ダブルホリデイジャンクション（DHJ）経路も遺伝情報のコピーのモデルであり、遺伝情報の非物理的な伝達をもたらすものです。
SDSA経路もDHJ経路も、ギャップまたは二本鎖の切断によって開始され、その後、鎖の侵入によって遺伝情報のコピーダウンが開始される。
従って、SDSA経路もDHJ経路も修復機構と考えられている。
情報のコピーダウンには、近傍領域の非交叉型（NCO）と交叉型（CO）があります。
NCO型では、切断された鎖の修復が行われ、二本鎖切断を持つ片方の染色体のみが新しい情報とともに転送される。
CO型では、両方の染色体が新しい遺伝情報を持って移動します。
SDSAとDHJのモデルを図1に示す。
：図1：相同組換え
分裂期において、DNAの複製が完了すると、姉妹染色体間で遺伝物質の交換が行われます。
しかし、この交換は複製によって生じた同一のDNA分子間で行われるため、新しい対立遺伝子の組み合わせは生じない。
リコンビナーゼは、遺伝子組換えを触媒する酵素の一種である。
大腸菌には、RecAというリコンビナーゼが存在する。
細菌では、有糸分裂とその生物間の遺伝物質の移動によって組換えが起こる。
古細菌では、RecAのオーソログであるRadAがリコンビナーゼ酵素として見つかっている。
酵母では、RAD51がリコンビナーゼとして、DMC1が特異的な減数分裂リコンビナーゼとして見いだされている。
クロスオーバーとは
シナプスの際に、非姉妹染色体間で行われるDNA断片の交換を交叉という。
交差は、第1減数分裂の第1相で起こり、遺伝情報を交換することで遺伝子の組換えを促進し、新しい対立遺伝子の組合せを作り出します。
相同染色体ペアのシナプスは、それぞれの染色体のp腕とq腕の間に2つのシナプテンマール複合体が形成されることによって達成される。
このように相同染色体を強固に保持することで、2本の非姉妹染色体間で遺伝情報の交換が可能になる。
非姉妹染色体には一致するDNA領域があり、キアズマ領域を通じて交換することができる。
キアズマはXのような領域で、交差の際に2本の非姉妹染色体を結合させる。
キアズマの形成により、2価の染色体は第1メタフェースで分離されるまで安定化される。
交差は、相同染色体ペアの中に存在する類似のDNA領域が破壊されることによって開始される。
二本鎖切断は、Spo11タンパク質やDNA損傷物質によってDNA分子に導入される。
次に、DNA端の5’末端はエキソヌクレアーゼによって消化される。
この消化により、DNA鎖のエッジに3’オーバーハングが導入される。
この一本鎖の3’オーバーハングはリコンビナーゼであるDmc 1とRad51によって被覆され、核タンパク質のフィラメントが生成される。
この3’オーバーハングの非姉妹染色体への侵入は、リコンビナーゼによって触媒される。
この侵入した3’オーバーハングは、非姉染色体のDNA鎖を鋳型として、DNA合成のプライミングを行う。
このようにしてできた構造が、クロスストランド交換あるいはホリデイジャンクションと呼ばれるものです。
このホリデイジャンクションは、リコンビナーゼによってキアズマに沿って引っ張られる。
組換えと交叉の違い
定義
組換え。
親と異なる形質の組み合わせの子孫ができることを組換えという。
交叉。
シナプス形成時に、非姉妹染色体間でDNAが交換されることを交叉という。
対応
組換え。
交叉は遺伝子の組み換えにつながる。
交叉する。
シナプスが交差を引き起こす。
機能
組換え。
組換えは子孫の間で遺伝的変異を生み出す。
また、減数分裂の際の二本鎖切断の修復機構としても働く。
交叉。
染色体間の遺伝的組換えを行う。
結論
組換えと交差は、シナプスの際に起こる密接に関連した二つの事象です。
シナプス形成時には、相同染色体はシナプトン複合体によって強固に保持される。
この強固な保持により、非姉妹染色体間の染色体交差が起こる。
交差が起こる場所は、キアズマと呼ばれる。
遺伝物質の物理的な交換が起こる4本鎖の構造は、ホリデイジャンクションとして知られている。
遺伝物質の交換は、DNA断片が第二染色体にコピーダウンされることによって、非物理的に起こることもあります。
遺伝物質の交換は、子孫の間で対立遺伝子の変異をもたらす。
子孫の間で異なる対立遺伝子の組み合わせが形成されることを組換えという。
組換えは、二本鎖切断を修正する修復機構としても機能する。
これが組換えと交叉の主な違いです。
Web. 16 Mar. 2017.
2. “染色体クロスオーバー”. ウィキペディア. ウィキメディア財団、2017年3月13日。
Inna Kruman 編集。
InTech Open Publisher. DOI: 10.5772/25117 ( CC BY 3.0 ) via Commons Wikimedia
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