Rekombination (Genetik) - LinkFang.de





Rekombination (Genetik)


Unter Rekombination versteht man in der Biologie die Neuanordnung (Re-) von genetischem Material (DNA, RNA) in den Zellen und im engeren Sinne den Austausch von Allelen. Durch Rekombination kommt es zu neuen Gen- und Merkmalskombinationen. Rekombination und Mutation verursachen die genetische Variabilität innerhalb einer Population. Die genetische Variabilität ist wiederum die Basis für die Anpassung an wechselnde Umweltbedingungen im Evolutionsprozess.

Rekombination durch sexuelle Fortpflanzung

Die sexuelle Rekombination betrifft bei Eukaryoten, z. B. bei Pflanzen und Tieren, das gesamte Genom und ist damit die tiefgreifendste Form der Rekombination. Hierbei kann man zwei Rekombinationstypen unterscheiden:

  • Interchromosomale Rekombination, durch Neukombination ganzer Chromosomen.
  • Intrachromosomale Rekombination, durch Neukombination von Allelen innerhalb von Chromosomen durch Crossing-over bei der 1. Reifeteilung.

Bei der interchromosomalen Rekombination lassen sich zwei Phasen unterscheiden:

  1. Die Verteilung der Chromosomen bei der Keimzellenbildung bei der Meiose.
  2. Die Verschmelzung der (im Normalfall) haploiden Keimzellen zur diploiden Zygote.

Die Anzahl interchromosomaler Rekombinationsmöglichkeiten ist von der Anzahl der Chromosomen abhängig. Der Mensch mit seinen 23 Chromosomenpaaren kann z. B. 223 (8,39 Millionen) verschiedene Keimzellen ausbilden. Da bei der Befruchtung zwei Geschlechtszellen miteinander verschmelzen, ergeben sich damit für die Nachkommenschaft eines Menschenpaares gemäß der Gregor Mendel´schen Kombinatorik (223 · (223+1))/2 ≈ 3,5·1013 (35 Billionen) Kombinationsmöglichkeiten. Zwei genetisch identische Nachkommen zu zeugen ist, außer bei eineiigen Mehrlingen, somit einem Menschenpaar alleine schon aufgrund der interchromosomalen Rekombination nahezu unmöglich. Die sexuelle Fortpflanzung besitzt im Vergleich zur asexuellen Fortpflanzung eine höhere Rate der Anpassung.[1]

Rekombination durch parasexuelle Prozesse

Parasexualität tritt bei Bakterien und einigen Pilzen auf. Dabei findet entweder ein Transfer von Teilen des Genoms statt, oder es fusionieren Zellen, die auf nichtgeschlechtlichem Weg entstanden sind (vegetative Zellen). Ein Transfer von Genomteilen kann durch folgende Prozesse stattfinden:

  • Konjugation, einem direkten Transfer genetischen Materials zwischen zwei miteinander verbundenen Zellen.
  • Transduktion, einem Transfer mit Hilfe von Viren.
  • Transformation, durch Aufnahme und Integration von extrazellulärer DNA in das Genom einer Zelle.

Somatische Rekombination

Bei Eukaryoten ist Rekombination nicht auf die Meiose und die Keimzellen beschränkt. Auch in somatischen Zellen kann es zu einer DNA-Umgruppierung („DNA-Rearrangement“) kommen. Dieses wirkt sich auf die Genexpression aus. Als Beispiele seien Transposons („springende Gene“) und die somatische Rekombination der Immunglobuline genannt, siehe V(D)J-Rekombination.

Homologe und nicht homologe Rekombination

Homologe Rekombination

Die homologe Rekombination (HR) tritt bei allen Organismen auf. Voraussetzung sind homologe, doppelsträngige DNA-Abschnitte. Homolog heißt, dass es große Ähnlichkeiten in der Nucleotidsequenz gibt. Bei Doppelstrangbrüchen kann durch homologe Rekombination der Schaden ausgebessert werden, indem die Informationen auf dem unbeschädigten Chromatid als Vorlage genutzt wird. HR ist also ein Werkzeug der Zelle, um Genmutationen zu reparieren. Homologe Rekombinationen laufen meist nach folgendem Schema ab:

  1. Parallele Annäherung („Paarung“) zweier doppelsträngiger DNA-Moleküle, so dass die Bereiche ähnlicher (homologer) Nucleotidsequenzen auf gleicher Höhe liegen.
  2. In einem komplexen Vorgang kann es nun zu einem Crossing-over kommen. Dabei werden DNA-Abschnitte zwischen den beiden „gepaarten“ DNA-Molekülen ausgetauscht.
  3. Die Stelle, an der die ausgetauschten DNA-Abschnitte neu verknüpft werden, kann irgendwo innerhalb der homologen Nukleotidsequenzen liegen.
  4. Der Bruch und die Wiederverbindung der DNA-Moleküle erfolgt durch spezifische Enzyme, die sog. Rekombinasen, so präzise, dass kein Nucleotid verloren geht oder dazukommt.

Im Verlauf der HR tritt die sogenannte Holliday-Struktur auf.

Das Verhältnis von Homologer Rekombination (HR) zu Nichthomologer Rekombination kann in verschiedenen Spezies um mehrere Größenordnungen variieren. So gibt es innerhalb der Pflanzen vor allem beim Laubmoos Physcomitrella patens eine so hohe HR-Rate, dass Gene gezielt ausgeschaltet werden können, um so ihre Funktion zu analysieren [2]. Diese Technik nennt man Gene-Targeting „(englisch gene targeting)“, den methodischen Ansatz nennt man „Reverse Genetik“.

Sequenzspezifische Rekombination

Eine gezielte (also nicht zufällige) Integration von DNA in ein Genom kann auch noch durch die sequenzielle Rekombination erfolgen. Diese nicht homologe Rekombination wird durch ein Enzym bewerkstelligt, wie es z. B. vom Bakteriophagen λ codiert wird, die sogenannte Integrase. Die Integrase bringt zwei nicht homologe Sequenzen zweier DNA-Moleküle zusammen, katalysiert deren Spaltung und verbindet sie miteinander. So kann etwa ein Virengenom an einem vorgesehenen Ort in ein Chromosom eingebaut werden.

Rekombination in der Gentechnik

In der Gentechnik stehen heute Werkzeuge zur Verfügung, mit deren Hilfe rekombinante DNA künstlich hergestellt und in Organismen eingeschleust werden kann. Im Zuge einer Klonierung wird meist DNA mit Restriktionsenzymen an spezifischen Erkennungssequenzen geschnitten und mit Ligasen neu verknüpft. Häufig dienen Plasmide oder Viren als Vektoren, um die rekombinante DNA in den Zielorganismus zu transferieren.

Eine neuartige Alternative zur konventionellen DNA-Klonierung mit Restriktionsenzymen und Ligasen sind auf homologer Rekombination basierende Technologien, wie das Recombineering und das RMCE-Kassettenaustauschverfahren.

Literatur

  • Bruce Alberts, Lutz Nover: Lehrbuch der Molekularen Zellbiologie. 3. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 2005, ISBN 3-527-31160-2.
  • Neil A. Campbell, Jane B. Reece, Jürgen Markl: Biologie. 6. Auflage, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg u.a. 2003, ISBN 3-8274-1352-4.
  • Elisabeth Günther, Eike Libbert u.a.: Allgemeine Biologie (= UTB für Wissenschaft. Uni-Taschenbücher. Band 1197). 6., durchgesehene Auflage, Fischer, Stuttgart 1988, ISBN 3-437-20387-8.

Siehe auch

Weblinks

Einzelnachweise

  1. Michael J. McDonald, Daniel P. Rice, Michael M. Desai: Sex speeds adaptation by altering the dynamics of molecular evolution. In: Nature. 2016, doi:10.1038/nature17143 .
  2. Ralf Reski: Physcomitrella and Arabidopsis: the David and Goliath of reverse genetics. In: Trends in Plant Science. 3, 1998, S. 209, doi:10.1016/S1360-1385(98)01257-6 .

Kategorien: Keine Kategorien vorhanden!

Quelle: Wikipedia - http://de.wikipedia.org/wiki/Rekombination (Genetik) (Vollständige Liste der Autoren des Textes [Versionsgeschichte])    Lizenz: CC-by-sa-3.0

Änderungen: Alle Bilder mit den meisten Bildunterschriften wurden entfernt. Ebenso alle zu nicht-existierenden Artikeln/Kategorien gehenden internen Wikipedia-Links (Bsp. Portal-Links, Redlinks, Bearbeiten-Links). Entfernung von Navigationsframes, Geo & Normdaten, Mediadateien, gesprochene Versionen, z.T. ID&Class-Namen, Style von Div-Containern, Metadaten, Vorlagen, wie lesenwerte Artikel. Ansonsten sind keine Inhaltsänderungen vorgenommen worden. Weiterhin kann es durch die maschinelle Bearbeitung des Inhalts zu Fehlern gerade in der Darstellung kommen. Darum würden wir jeden Besucher unserer Seite darum bitten uns diese Fehler über den Support mittels einer Nachricht mit Link zu melden. Vielen Dank!

Stand der Informationen: August 201& - Wichtiger Hinweis: Da die Inhalte maschinell von Wikipedia übernommen wurden, ist eine manuelle Überprüfung nicht möglich. Somit garantiert LinkFang.de nicht die Richtigkeit und Aktualität der übernommenen Inhalte. Sollten die Informationen mittlerweile fehlerhaft sein, bitten wir Sie darum uns per Support oder E-Mail zu kontaktieren. Wir werden uns dann innerhalb von spätestens 10 Tagen um Ihr Anliegen kümmern. Auch ohne Anliegen erfolgt mindestens alle drei Monate ein Update der gesamten Inhalte.