Informatie

Recombinatie frequenties


Ik heb geleerd over recombinatiefrequenties, maar raak nog steeds een beetje in de war ondanks dat ik veel van de links in Google over hen heb doorgenomen. Ik vroeg me af of iemand kan controleren of het volgende klopt.

  • Om recombinatiefrequenties te berekenen en hieruit een genetische kaart te maken, moet je echte fokouders hebben voor twee of meer verschillende genen.
  • Je moet deze ouders kruisen, zodat je een F1-generatie hebt die alleen uit heterozygoten bestaat
  • Je moet dan de F1-individuen terugkruisen met een van de ouders. Als deze genen zich allemaal op verschillende chromosomen bevinden, krijg je alleen onafhankelijke chromosoomsegregatie en dus een 50/50 kans dat elk allel voorkomt met het andere in het nageslacht. Terwijl als ze op hetzelfde chromosoom voorkomen, in de F1-heterozygoten de allelen van elke ouder zich alleen anders in de gameten zullen scheiden als recombinatie plaatsvindt.
  • Om de recombinatiefrequenties te berekenen, nemen we daarom het aantal nakomelingen waarvoor de combinatie van deze twee allelen verschilt van die waargenomen bij de ouders - we noemen dit de recombinanten.

Is dit correct?


Dit antwoord is voornamelijk gekopieerd van mijn antwoorden hier en hier.

Het belang van polymorfisme

Om te begrijpen welke generatie we terug moeten kruisen, is het essentieel dat je begrijpt waarom we polymorfe loci nodig hebben.

Als ten minste één locus homozygoot is

Als er een recombinatie plaatsvindt tussen twee loci waarvan er tenminste één homozygoot is, dan zou je niets zien. Beschouw bijvoorbeeld de volgende strengsequenties in een diploïde individu:

-----A-----B---- -----een-----B----

Of er nu een recombinatie plaatsvindt of niet, de twee mogelijke chromosomen die aan een nakomeling worden doorgegeven, zijn:

-----A-----B---- -----een-----B----

Daarom kunt u niet zeggen of recombinatie heeft plaatsgevonden.

Als beide loci heterozygoot zijn

Beschouw nu de volgende persoon:

-----A-----B---- -----een-----b----

Als er geen recombinatiegebeurtenis heeft plaatsgevonden tussen de twee loci van belang, dan zijn de twee mogelijke chromosomen die zullen worden doorgegeven

-----A-----B---- -----een-----b----

Als aan de andere kant een recombinatiegebeurtenis heeft plaatsgevonden tussen de twee loci van belang, dan zijn de twee mogelijke chromosomen die zullen worden doorgegeven

-----A-----b---- -----een-----B----

Daarom kunt u zien of een recombinatie heeft plaatsgevonden of niet.

Statistieken van recombinatie

Er is een klein beetje wiskunde hieronder. Deze vergelijkingen zijn voornamelijk bedoeld voor nieuwsgierigheid, omdat men het antwoord kan begrijpen zonder de wiskunde erachter te begrijpen.

Definities van $r$ en $M$

Je raakt in de war tussen twee verschillende statistieken

  • De snelheid van recombinatie $r$ tussen twee loci
    • $r$ is de kans dat twee reeksen gevonden op twee loci in dezelfde gameet blijven nadat recombinatie heeft plaatsgevonden. Deze kans kan niet groter zijn dan 0,5 ($0 le r le 0,5$).
  • De afstand in Morgans $M$ (of meer algemeen in centiMorgans) tussen twee loci
    • $M$ is het verwachte aantal cross-overs dat optreedt tussen de twee loci.

Morgans en centiMorgans

U zult opmerken dat ik in Morgans praat in plaats van centimorganen, wat ongebruikelijk is in de literatuur, maar het helpt bij het overbrengen van de intuïtie van wat het betekent. als $M= 150$ centiMorgans $= 1.5$ Morgans, dan is het verwachte aantal cross-overs tussen de twee loci 1,5. Hieronder vindt u wat meer uitleg over deze twee definities met wat tekening :)

Casestudy met lociEENenB

Hoewel $M$ en $r$ nauw verwant zijn, zijn ze niet precies hetzelfde. Beschouw de volgende reeks met de lociEENenB

---[A]------------------[B]---

Laten we aannemen dat de twee loci erg ver uit elkaar liggen en $M=2$. De kans op exact $k$ cross-overs wordt daarom gegeven door een Poisson-verdeling met rate $M=2$

$$P(k) = frac{e^{-M}M^k}{k!}$$

Laten we voor een bepaald geval zeggen dat $k=1$ (een enkele cross-over heeft plaatsgevonden). Deze cross-over wordt weergegeven door een "/" hieronder

---[A]-------------/----[B]---

Hier duidelijk de twee sequenties op lociEENenBzal worden gescheiden. Laten we nu zeggen dat $k=2$ (er zijn twee cross-overs opgetreden).

---[A]---/-----/--------[B]---

Hier, zelfs als er cross-overs hebben plaatsgevonden, zijn de twee sequenties op lociEENenBbij elkaar zullen blijven. Alleen de sequentie tussen de twee cross-overs komt van het homologe chromosoom.

Relatie tussen $r$ en $M$ - in woorden

Je zou kunnen zien dat het uit het vorige gedeelte komt. De kans $r$ van deze twee plaatsenEENenBte scheiden via recombinatie is de waarschijnlijkheid van een oneven aantal recombinatiegebeurtenissen tussen hen (wetende dat $M$ het verwachte aantal cross-overs is).

Relatie tussen $r$ en $M$ - in vergelijking

Laten we eerst de kans $p_{even}$ berekenen dat er een even aantal cross-overs optreedt. Deze kans is gewoon

$$p_{even} = sum_{k = 0}^{infty}{e^{-M}M^{2k} over (2k)!}$$

, waar ik zojuist de constante $ 2 $ vóór $ k $ heb toegevoegd aan zowel de teller als de noemer. Met wat algebra en trig kan men aantonen dat

$$p_{even} = sum_{k = 0}^{infty}{e^{-M}M^{2k} over (2k)!} = e^{-M}sum_{k = 0}^{infty}{M^{2k} over (2k)!} = $$

$$e^{-M} : cosh(m) = e^{-M}left ( frac{e^{M} + e^{-M}}{2} ight ) = {1 + e^{-2M}meer dan 2} $$

Als, $r = p_{oneven} = 1 - p_{even}$,

$$r = 1 - {1 + e^{-2M}over 2} = {1 - e^{-2M}over 2}$$

Daar gaan we! We hebben onze relatie tussen $r$ en $M$! Laten we er een grafiek van maken

Relatie tussen $r$ en $M$ - in een grafiek

Ik heb zojuist de bovenstaande vergelijking in Mathematica grafisch weergegeven (Plot[y = (1 - Uitdr[-2 M ])/2, {M, 0, 5}])

Hier is dezelfde grafiek maar ingezoomd op lagere waarden van $r$ en $M$ (Plot[y = (1 - Exp[-2 M ])/2, {M, 0, 0.1}])

We zien duidelijk uit de grafiek dat voor lage waarden van $M$, aangezien $M$ toeneemt, $r$ quasi lineair toeneemt ($M≈r$). Voor hogere waarden van $M$, neemt $r$ nog steeds toe, maar langzamer en langzamer totdat een asymptoot/plateau wordt bereikt op $frac{1}{2}$. $r$ is inderdaad begrensd tussen 0 (wanneer $M=0$) en $frac{1}{2}$ (wanneer $M=infty$).

Merk op dat het feit dat de som van de kansen van elke even $k$ in een Poisson-verdeling altijd lager of gelijk is aan 0,5, op zich een interessant wiskundig feit is!


Ja zo werkt het voor zover ik weet

Omdat het theoriegedeelte vrij eenvoudig is. Als de genen op hetzelfde chromosoom liggen, is de kans kleiner dat ze tijdens meiose in segregatie worden gescheiden

Overweeg een eenvoudig voorbeeld

---------A--b--------------c----de----------------- ----------------F

Laat dit een touw zijn met 6 punt abcdef Als ik hier ergens een willekeurige snede zou maken, is de kans dat a,b gescheiden wordt veel kleiner dan a,f… omdat a en f zo ver uit elkaar liggen dat elke snede in de midden zorgt ervoor dat ze worden gescheiden. Als je het nog eens bekijkt... is de kans dat d,e gescheiden wordt UITERST laag

Dit is het principe van LINKAGE

Laat me nu zeggen dat gen a staat voor lang, b voor blauw en f voor bossig ... (oordeel niet over de karakters)

Als dit een deel is van een chromosoom op de ouder, en er vindt meiose plaats. We weten allemaal dat ook oversteken hier een fenomeen is

Nu, tijdens het oversteken... a en f zullen zeker gescheiden worden, dus ze zullen onafhankelijk worden gesorteerd, gehoorzaam aan de wet van Mendel

Maar als we het hebben over a en b, kunnen ze al dan niet gescheiden worden in de verschillende gameten

Hoe dichter ze bij elkaar zijn, hoe kleiner de kans dat ze van elkaar worden gescheiden en daardoor is de kans groter dat ze in dezelfde gameet voorkomen en dus een grotere kans dat ze in dezelfde nakomelingen tot uiting komen (ervan uitgaande dat ze dominant zijn)

laten we aannemen dat we blauw lang (dominant) kruisen met groene dwerg (recessief) Zoals u weet zal f1 blauw lang zijn (geen onvolledige of co-dominantie alstublieft)

Als ik nu deze blauwe lang neem en hem kruis met de ouderlijke groene dwerg

Je zult een zeer hoog aantal blauwe lange en groene dwergen hebben (onthoud, er zijn allelen van HETZELFDE GEN... EN BEZET DEZELFDE LOCI) (daarom... grote kans dat beide samen voorkomen in dezelfde gameet)

Daarom zal het aantal recombinanten dat je krijgt erg laag zijn (blauwe dwerg en groen lang... omdat de kans dat deze karakters verschillende gameten binnenkomen erg klein is)

Daarom kunnen we concluderen dat hoger het aantal recombinaties ... hoger de kans dat de genen segregeren, wat een grotere afstand tussen de genen impliceert)

Daarom impliceert een hogere recombinatiefrequentie een grotere afstand tussen de 2 gekoppelde genen

Ik hoop dat je het concept hebt begrepen en niet worstelt om het als een kracht te onthouden. Bedankt


7.6: Genetische mapping

  • Bijgedragen door Todd Nickle en Isabelle Barrette-Ng
  • Hoogleraren (biologie) aan Mount Royal University & University of Calgary

Omdat de frequentie van recombinatie tussen twee loci (tot 50%) ruwweg evenredig is met de chromosomale afstand ertussen, kunnen we recombinatiefrequenties gebruiken om genetische kaarten te maken van alle loci langs een chromosoom en uiteindelijk in het hele genoom. De eenheden van genetische afstand heten kaart eenheden (mu) of centiMorgans (cM), ter ere van Thomas Hunt Morgan door zijn leerling, Alfred Sturtevant, die het concept ontwikkelde. Genetici zetten recombinatiefrequenties routinematig om in cM: de recombinatiefrequentie in procent is ongeveer gelijk aan de kaartafstand in cM. Als twee loci bijvoorbeeld een recombinatiefrequentie van 25% hebben, wordt er gezegd dat ze

25 cM uit elkaar op een chromosoom (Figuur (PageIndex<9>)). Opmerking: deze benadering werkt goed voor kleine afstanden (RF<30%) maar faalt geleidelijk op langere afstanden omdat de RF een maximum bereikt van 50%. Sommige chromosomen zijn >100 cM lang, maar loci aan de uiteinden hebben slechts een RF van 50%. De methode voor het in kaart brengen van deze lange chromosomen wordt hieronder weergegeven.

Merk op dat de kaartafstand van twee loci alleen ons niets vertelt over de oriëntatie van deze loci ten opzichte van andere kenmerken, zoals centromeren of telomeren, op het chromosoom.

Figuur (PageIndex<9>): Twee genetische kaarten die consistent zijn met een recombinatiefrequentie van 25% tussen A en B. Let op de locatie van het centromeer. (Origineel-Deyholos-CC:AN)

Kaartafstanden worden altijd berekend voor één paar loci tegelijk. Door de resultaten van meerdere paarsgewijze berekeningen te combineren, wordt a genetische kaart van vele loci op een chromosoom kunnen worden geproduceerd (Figuur (PageIndex<10>)). Een genetische kaart toont de kaartafstand, in cM, die twee loci scheidt, en de positie van deze loci ten opzichte van alle andere in kaart gebrachte loci. De genetische kaartafstand is ruwweg evenredig met de fysieke afstand, d.w.z. de hoeveelheid DNA tussen twee loci. Bijvoorbeeld in Arabidopsis, 1,0 cM komt overeen met ongeveer 150.000 bp en bevat ongeveer 50 genen. Het exacte aantal DNA-basen in een cM hangt af van het organisme, en van de specifieke positie in het chromosoom hebben sommige delen van chromosomen (“crossover-hotspots&rdquo) een hogere recombinatiesnelheid dan andere, terwijl andere regio's minder oversteken en komen vaak overeen met grote gebieden van heterochromatine.

Figuur (PageIndex<10>): Genetische kaarten voor regio's van twee chromosomen van twee soorten van de mot, Bombyx. De schaal links toont de afstand in cM en de positie van verschillende loci wordt op elk chromosoom aangegeven. Diagonale lijnen die loci op verschillende chromosomen verbinden, tonen de positie van overeenkomstige loci in verschillende soorten. Dit wordt aangeduid als regio's van geconserveerde synteny. (NCBI-NIH-PD)

Wanneer een nieuw gen of nieuwe locus wordt geïdentificeerd door mutatie of polymorfisme, kan de geschatte positie op een chromosoom worden bepaald door het te kruisen met eerder in kaart gebrachte genen en vervolgens de recombinatiefrequentie te berekenen. Als het nieuwe gen en de eerder in kaart gebrachte genen een volledige of gedeeltelijke koppeling vertonen, zal de recombinatiefrequentie de geschatte positie van het nieuwe gen binnen de genetische kaart aangeven. Deze informatie is nuttig bij het isoleren (d.w.z. klonen) van het specifieke DNA-fragment dat codeert voor het nieuwe gen, via een proces dat op kaarten gebaseerd klonen.

Genetische kaarten zijn ook nuttig om genen/allelen in het fokken van gewassen en dieren te volgen, bij het bestuderen van evolutionaire relaties tussen soorten en bij het bepalen van de oorzaken en individuele gevoeligheid van sommige menselijke ziekten.

Figuur (PageIndex<11>): Een dubbele kruising tussen twee loci zal gameten produceren met ouderlijke genotypen. (Origineel-Deyholos-CC:AN)

Genetische kaarten zijn handig om de volgorde van loci langs een chromosoom weer te geven, maar de afstanden zijn slechts een benadering. De correlatie tussen recombinatiefrequentie en werkelijke chromosomale afstand is nauwkeuriger voor korte afstanden (lage RF-waarden) dan voor lange afstanden. Waargenomen recombinatiefrequenties tussen twee relatief ver verwijderde markers hebben de neiging om het werkelijke aantal crossovers dat plaatsvond te onderschatten. Dit komt omdat naarmate de afstand tussen loci toeneemt, ook de mogelijkheid van een tweede (of meer) cross-overs tussen de loci optreedt. Dit is een probleem voor genetici, omdat met betrekking tot de loci die worden bestudeerd, deze dubbele crossovers produceren gameten met dezelfde genotypen alsof er geen recombinatiegebeurtenissen hadden plaatsgevonden (Figuur (PageIndex<11>)) en ze hebben ouderlijke genotypen. Een dubbele crossover zal dus een ouderlijk type lijken te zijn en niet worden geteld als een recombinant, ondanks dat er twee (of meer) crossovers zijn. Genetici zullen soms specifieke wiskundige formules gebruiken om grote recombinatiefrequenties aan te passen om rekening te houden met de mogelijkheid van meerdere crossovers en zo een betere schatting te krijgen van de werkelijke afstand tussen twee loci.


Recombinatie van genen: frequentie en geslachtschromosomen (met diagram)

Tijdens het oversteken wisselen de homologe chromosomen delen van chromatiden onderling uit. Het resulteert in de recombinatie van gekoppelde genen.

Dit proces staat bekend als recombinatie. Uit de kweekexperimenten op maïs bleek dat zelfs de gekoppelde genen niet altijd bij elkaar blijven tijdens de vererving.

Soms scheiden ze met een uitwisseling van allelen als gevolg van uitwisseling van delen tussen chromatiden van homologe chromosomen op het moment van meiose. Dit resulteert in de vorming van nieuwe of niet-ouderlijke combinaties van de oude genen.

Dit fenomeen van een nieuwe combinatie van oude algemeen bekend als recombinatie van genen en de nakomelingen van de nakomelingen met een nieuwe combinatie van karakters staan ​​bekend als recombinante typen. Uit de resultaten van het kweekexperiment van maïs bleek dat de nieuwe combinatie of niet-oudercombinatie 3,6% was. Dit is het percentage recombinatie van genen.

Frequentie (of percentage) van recombinatie:

De frequentie van recombinatie of het oversteken van twee genen is het aantal kruisingen dat daartussen wordt gevormd. Het is recht evenredig met de afstand tussen de twee genen. Frequentie van oversteken wordt gebruikt als een index van relatieve afstanden tussen de genen op een chromosoom.

De frequentie van oversteken of het percentage recombinatie kan worden bepaald:

(i) Door het aantal chiasmata gevormd tijdens diplotene van de profase 1 van meiose onder de microscoop te tellen.

(ii) Door gecontroleerde experimenten uit te voeren en de frequenties van ouderlijke en recombinante soorten nakomelingen te berekenen.

Frequentie van recombinatie:

Aantal recombinanten in het nageslacht van testkruis /Totaal aantal. van nakomelingen van het testkruis × 100

Voorbeeld. Een volledig heterozygoot grijs gebouwd, normaal gevleugeld vrouwtje F] Drosophila werd gekruist met een zwart gebouwd en rudimentair gevleugeld mannetje.

Het gaf de volgende resultaten:

Geslachtschromosomen:

Er zijn twee soorten chromosomen aanwezig in de kern van hogere dieren. Het zijn autosomen en geslachtschromosomen. Autosomen dragen genen voor andere karakters dan het geslacht, terwijl geslachtschromosomen of allosomen het geslacht van het dier bepalen. Terwijl de geslachtschromosomen over het algemeen worden gevormd uit een paar chromosomen, worden de overige chromosomen aangeduid als autosomen. Bij de mens zijn er van de in totaal 23 paren chromosomen 22 paren autosomen en één paar geslachtschromosomen [Fig. 5.12(A)].

De Duitse bioloog Henking (1891) ontdekte voor het eerst het X-chromosoom (X voor onbekend) bij bepaalde insecten. Mc Clung (1902), een Amerikaanse zoöloog, toonde aan dat het X-chromosoom betrokken was bij de bepaling van het geslacht in een sprinkhaan. Later merkte Stevens (1905) op dat de diploïde cel van een vrouw een paar X-chromosoom had.

Verdere studies toonden aan dat bij mannen van sommige soorten het X-chromosoom tijdens meiose gepaard gaat met een ander chromosoom (met verschillende grootte en vorm). Dit chromosoom werd het Y-chromosoom genoemd. Omdat X- en Y-chromosomen gerelateerd zijn aan de geslachtsbepaling van een individu, werden ze geslachtschromosomen genoemd. Later werden andere soorten geslachtschromosomen ontdekt.

Soorten geslachtschromosomen:

De geslachtschromosomen worden verschillend genoemd als X- en Y-chromosomen (man en Drosophila), Z- en W-chromosomen (vogels en motten), oneven chromosomen, idiosomen, heterosomen of allosomen. Op deze chromosomen bevinden zich de genen die het geslacht bepalen. De twee leden van dit paar zijn vaak ongelijk bij mannen en worden weergegeven als X- en Y-chromosomen of als Z- en W-chromosomen.

(a) XX vrouwelijke en XY mannelijke typen:

Dit type geslachtsmechanisme wordt gevonden in Drosophila (fruitvlieg) en de meeste zoogdieren. In dit type is het vrouwtje homogametisch (XX) en het mannetje heterogametisch (XY) bestaande uit twee ongelijke chromosomen X en Y (voor details zie geslachtsbepaling).

(b) ZW vrouwelijk en ZZ mannelijk type:

Bij vlinders en vogels is het vrouwtje heterogametisch met ongelijke Z- en W-chromosomen, terwijl het mannetje homogametisch is met vergelijkbare ZZ-chromosomen (het is een conventie om vrouwelijk aan te duiden als ZW in plaats van XY en mannelijk als ZZ in plaats van XX). De situatie hier is gewoon omgekeerd aan het eerste type.

(c) XX Vrouwelijk en XO Mannelijk type:

Dit type geslachtsmechanisme wordt waargenomen bij insecten, vooral bij sprinkhanen. Bij mannen is er geen partner voor X-chromosoom, vandaar de naam XO, er is geen Y-chromosoom. Bij vrouwen zijn er twee vergelijkbare of homomorfe geslachtschromosomen XX.

Van de twee geslachtschromosomen bij vrouwelijke zoogdieren vertoont zich er één in de vorm van een donker verkleurend lichaam in de interfase-kern. Het wordt genoemd als barr-lichaam in mannelijk barr-lichaam wordt niet waargenomen. Zo helpt het lichaam bij het bepalen van het geslacht van het embryo. Terwijl de meeste geslachtsgebonden genen zich op de X-chromosomen bevinden, zijn er maar weinig genen aanwezig op Y-chromosomen.

Sommige van deze genen zijn allelisch voor sommige genen van het X-chromosoom. Dit worden onvolledig geslachtsgebonden genen genoemd. Er zijn ook weinig genen in het niet-homologe deel van het Y-chromosoom van mannen (bekend als Y-gebonden genen) die een zeer ongebruikelijke manier van overerving vertonen.


Een chromosoomkaart maken op basis van crossover-frequenties

Recombinatie: Tijdens het oversteken (profase I van Meiose) wisselen genen op chromosomen van plaats. Crossover is willekeurig, maar de kans dat 2 genen crossover zullen toenemen als die genen verder uit elkaar liggen. Genen die dichter bij elkaar staan, zullen eerder "aan elkaar plakken" en niet van plaats wisselen.

Genkoppelingskaarten: met behulp van de crossover-frequenties kunt u een kaart maken om de afstanden tussen genen weer te geven.

Deze kaart toont chromosoom #2 van Drosophila melanogaster. De afstand tussen de genen kan worden geschreven als een percentage of als een KAARTEENHEID. Het gen voor lichaamskleur en vleugelgrootte ligt 17 kaarteenheden uit elkaar.

Stel een chromosoomkaart op, rekening houdend met de crossover-frequentie van elk van de genen op de kaart.

Gen Frequentie van crossover
A-C 30%
B-C 45%
B-D 40%
ADVERTENTIE 25%

Stap 1: Begin eerst met de genen die het verst van elkaar verwijderd zijn: B en C liggen 45 kaarteenheden uit elkaar en zouden ver uit elkaar worden geplaatst.

Stap 2: Los het op als een puzzel, gebruik een potlood om de posities van de andere genen te bepalen.

Stap 3: Aftrekken is nodig om de uiteindelijke afstanden tussen elk gen te bepalen.

1. In Drosophila bevinden staafvormige ogen (B), geschulpte vleugels (S), Crossveinless-vleugels (W) en oogkleur (C) zich op het X-chromosoom. De recombinatiefrequentie van elk gen is aangegeven in de tabel. Construeer een chromosoomkaart.

Gen Frequentie van crossover
W-B 2.5%
WC 3.0%
B-C 5.5%
B-S 5.5%
W-S 8.0%
C-S 11.0%

2. De volgende grafiek toont de crossover-frequenties voor genen op een autosoom van de gepantserde squirtlesaur. Construeer een chromosoomkaart.

Gen Frequentie van crossover
P-Q 5%
P-R 8%
P-S 12%
Q-R 13%
Q-S 17%

3. Construeer een kaart met de volgende gegevens.

Gen Frequentie van crossover
A-B 24%
A-C 8%
CD 2%
A-F 16%
F-B 8%
D-F 6%

/>Dit werk is gelicentieerd onder een Creative Commons Naamsvermelding-NietCommercieel-GelijkDelen 4.0 Internationaal-licentie.


24.2: Recombinatie

  • Bijgedragen door Todd Nickle en Isabelle Barrette-Ng
  • Hoogleraren (biologie) aan Mount Royal University & University of Calgary

De term "recombinatie" wordt in de genetica in verschillende contexten gebruikt. Met betrekking tot erfelijkheid, recombinatie wordt gedefinieerd als elk proces dat resulteert in gameten met combinaties van allelen die niet aanwezig waren in de gameten van een vorige generatie (zie figuur (PageIndex<2>)). Interchromosomale recombinatie gebeurt ofwel door onafhankelijk assortiment van allelen waarvan de loci op verschillende chromosomen liggen (Hoofdstuk 6). Invervoerchromosomale recombinatie gebeurt door kruisingen tussen loci op dezelfde chromosomen (zoals hieronder beschreven). Het is belangrijk om te onthouden dat in beide gevallen recombinatie een proces is dat plaatsvindt tijdens meiose (mitotische recombinatie kan ook voorkomen bij sommige soorten, maar het is relatief zeldzaam). Als meiose resulteert in recombinatie, wordt gezegd dat de producten een recombinant genotype. Aan de andere kant, als er geen recombinatie optreedt tijdens meiose, hebben de producten hun oorspronkelijke combinaties en wordt gezegd dat ze een niet-recombinant hebben, of ouderlijk genotype. Recombinatie is belangrijk omdat het bijdraagt ​​aan de genetische variatie die kan worden waargenomen tussen individuen binnen een populatie en waarop door selectie wordt gereageerd om evolutie te produceren.

Figuur (PageIndex<2>): Wanneer twee loci zich op niet-homologe chromosomen bevinden, zullen hun allelen segregeren in combinaties die identiek zijn aan die aanwezig zijn in de ouderlijke gameten (Ab, aB) en in recombinante genotypen (AB, ab) die verschillen van de ouderlijke gameten. (Origineel-Deyholos-CC:AN)

Beschouw als voorbeeld van interchromosomale recombinatie loci op twee verschillende chromosomen, zoals weergegeven in figuur (PageIndex<2>). We weten dat als deze loci op verschillende chromosomen liggen, er geen fysieke verbindingen tussen zijn, dus dat zijn ze wel onverbonden en zullen onafhankelijk van elkaar scheiden, net als de eigenschappen van Mendel. De segregatie hangt af van de relatieve oriëntatie van elk paar chromosomen in de metafase. Aangezien de oriëntatie willekeurig is en onafhankelijk van andere chromosomen, is elk van de rangschikkingen (en hun meiotische producten) even goed mogelijk voor twee niet-gekoppelde loci, zoals weergegeven in figuur (PageIndex<2>). Meer precies, er is een kans van 50% voor recombinante genotypen en een kans van 50% voor ouderlijke genotypen binnen de gameten die worden geproduceerd door een meiocyt met niet-gekoppelde loci. Inderdaad, als we alle gameten zouden onderzoeken die door dit individu zouden kunnen worden geproduceerd (die de producten zijn van meerdere onafhankelijke meioses), zouden we opmerken dat ongeveer 50% van de gameten recombinant zou zijn en 50% ouderlijk zou zijn. recombinatie frequentie: (RF) is gewoon het aantal recombinante gameten, gedeeld door het totale aantal gameten. Een frequentie van ongeveer 50% recombinatie is daarom een ​​bepalend kenmerk van niet-gekoppelde loci. Dus de grootste verwachte recombinante frequentie is:


Recombinatie: definitie, mechanisme en typen | Microbiologie

In dit artikel zullen we bespreken over:- 1. Definitie van recombinatie 2. Mechanisme van recombinatie 3. Types.

Definitie van recombinatie:

De belangrijkste kenmerken van organismen zijn om zich aan te passen aan de omgeving en om hun DNA-sequentie in de celgeneratie generaties lang te behouden met zeer weinig veranderingen. Op de lange termijn hangt het voortbestaan ​​van organismen af ​​van genetische variaties, een belangrijk kenmerk waardoor het organisme zich kan aanpassen aan een omgeving die met de tijd verandert.

Deze variabiliteit tussen de organismen vindt plaats door het vermogen van DNA om genetische herschikkingen te ondergaan, wat resulteert in een kleine verandering in de gencombinatie. Herschikking van DNA vindt plaats door genetische recombinatie.

Recombinatie is dus het proces van vorming van een nieuw recombinant chromosoom door het genetische materiaal van twee organismen te combineren. De nieuwe recombinanten vertonen veranderingen in fenotypische karakters.

De meeste eukaryoten vertonen een volledige seksuele levenscyclus, inclusief meiose, een belangrijke gebeurtenis die door recombinatie nieuwe allelcombinaties genereert. Het wordt mogelijk gemaakt door chromosomale uitwisseling als gevolg van kruising tussen de twee homologe chromosomen die identieke gensequenties bevatten.

Tot 1945 werd er veel werk verricht aan eukaryote genetica, waarmee de basis werd gelegd voor de klassieke genetica. Het werk aan bacteriële genetica werd gedaan tussen 1945 en 1965 dat het begrip van microbiële genetica op moleculair niveau heeft verbeterd.

Mechanisme van recombinatie:

In principe zijn er drie theorieën, namelijk breuk en hereniging, breuk en kopiëren en volledige kopieerkeuze die het mechanisme van recombinatie verklaren (Fig.8.23).

(i) Breuk en hereniging:

Twee homologe duplexen van chromosoom die in gepaarde vorm liggen, breken tussen de genloci a en b, en a+ en b+ (Fig. 8.23A). De gebroken segmenten komen kruiselings weer samen en leveren recombinanten op die a en b+ segment, en a+ en b segment bevatten. Dit type recombinatie vereist geen synthese van nieuw DNA. Dit concept is gebruikt om genetische recombinatie te verklaren.

(ii) Breuk en kopiëren:

Een helix van gepaard homoloog chromosoom (ab en a + b + ) breekt tussen a en b (Fig. 8.23B). Segment b wordt vervangen door een nieuw gesynthetiseerd segment dat is gekopieerd van b + en aan een sectie is gekoppeld. De recombinanten bevatten dus en ab+ en a+b+.

(iii) Volledige kopieerkeuze:

In 1931 stelde Belling deze theorie voor voor recombinatie van chromosoom bij hogere dieren. Het is echter door verschillende werknemers in twijfel getrokken. Daarom heeft het alleen historisch belang.

Volgens deze theorie fungeert een deel van een ouderstreng van homoloog chromosoom als sjabloon voor de synthese van een kopie van zijn DNA-molecuul. Het proces van kopiëren verschuift naar de andere ouderstreng. De recombinanten bevatten dus enige genetische informatie van de ene ouderstreng en een deel van de andere streng (Fig. 8.23 ​​C).

Soorten recombinatie:

Bij micro-organismen komen veel soorten recombinatie voor.

Deze worden grofweg ingedeeld in de volgende drie groepen:

(ii) niet-wederkerige recombinatie, en

(iii) Locatiespecifieke recombinatie.

(i) Algemene recombinatie:

Algemene recombinatie vindt alleen plaats tussen de complementaire strengen van twee homologe DNA-moleculen. Smith (1989) besprak de homologe recombinatie in prokaryoten. Algemene recombinatie in E. coli wordt geleid door interacties van basenparen tussen de complementaire strengen van twee homologe DNA-moleculen.

Dubbele helix van twee DNA-moleculen breekt en de twee gebroken uiteinden verbinden zich met hun tegenovergestelde partners om zich te herenigen om een ​​dubbele helix te vormen. De plaats van uitwisseling kan overal in de homologe nucleotidesequentie voorkomen waar een streng van één DNA-molecuul basenparen wordt aan de tweede streng om heteroduplex te verkrijgen, precies tussen twee dubbele helices (Fig. 8.24).

In de heteroduplex worden geen nucleotidesequenties veranderd op de plaats van uitwisseling als gevolg van splitsing en weer samenvoegende gebeurtenissen. Heteroduplex-gewrichten kunnen echter een klein aantal niet-overeenkomende basenparen hebben.

Algemene recombinatie is ook bekend als homologe recombinatie omdat het homologe chromosomen vereist. Bij bacteriën en virussen wordt algemene recombinatie uitgevoerd door de producten van rec-genen zoals RecA-eiwit. Het RecA-eiwit is erg belangrijk voor DNA-herstel, daarom is het recA-afhankelijke recombinatie.

Vakantiemodel voor algemene recombinatie:

Holliday (1974) presenteerde een model om de algemene recombinatie aan te tonen (Fig. 8.25). Volgens dit model vindt recombinatie plaats in vijf stappen, zoals strengbreuk, strengparing, strenginvasie/-assimilatie, vorming van chiasma (crossing-over), breuk en hereniging en herstel van mismatch.

Fig.8.25: Het Holliday-model voor wederzijdse algemene recombinatie.

Algemene recombinatie vindt plaats door kruising door paring tussen de complementaire enkele strengen van DNA-duplex (a). Twee homologe gebieden van dubbele DNA-helix ondergaan een uitwisselingsreactie.

Het homologe gebied bevat een lange sequentie van complementaire basenparen tussen een streng van een of twee originele dubbele helices en een complementaire streng van de andere. Het is echter niet bekend hoe de homologe regio van DNA elkaar herkent.

Een lijst van recombinatiegenen en hun functie is gegeven in Tabel 8.2. De RecBCD-eiwitten van recBCD- of recJ-genen zijn vereist voor recombinatie in E. coli. Dit eiwit komt het DNA binnen vanaf het ene uiteinde van de dubbele helix en reist langs het DNA met een dubbele helix, met een snelheid van ongeveer 300 nucleotiden per seconde.

Het creëert een lus van ssDNA langs reizend DNA (b). Het maakt gebruik van energie afkomstig van hydrolyse van ATP-moleculen. Een speciale herkenningsplaats (a) sequentie van acht nucleotiden verspreid over E. coli-chromosoom (b) is ingesneden in de reizende lus van DNA gevormd door RecBCD-eiwit.

Tabel 8.2: Recombinatie (rec) genen en hun functie.

(B) Strand koppelen:

De RecBCD-eiwitten werken als DNA-helicase omdat deze ATP hydrolyseren en langs de DNA-helix reizen. De RecBCD-eiwitten resulteren dus in de vorming van enkelstrengs snorhaar op de herkenningsplaats die is verplaatst van de helix (c). Dit initieert een interactie van basenparen tussen de twee complementaire sequenties van de dubbele DNA-helix.

(C) Strand invasie/assimilatie:

Een enkele streng (snorhaar) gegenereerd uit een dubbele DNA-helix dringt de andere dubbele helix binnen (d). In E. coli produceert het recA-gen RecA-eiwit dat belangrijk is voor recombinatie tussen de chromosomen, zoals enkelstrengs bindende (SSB) eiwitten. Het RecA-eiwit bindt stevig aan enkelstrengs DNA om een ​​nucleoproteïnefilament te vormen.

Roca en Cox (1990) hebben de structuur en functie van RecA-eiwit besproken. RecA-eiwit bevordert een snelle renaturatie van complementair ssDNA dat ATP hydrolyseert tijdens het proces. RecA-eiwit heeft verschillende bindingsplaatsen en kan daarom een ​​ssDNA en vervolgens een dsDNA binden. RecA-eiwit bindt eerst aan ssDNA en zoekt vervolgens naar homologie tussen de donorstreng en het ontvangende molecuul.

Door de aanwezigheid van deze plaatsen katalyseert het RecA-eiwit een meerstapsreactie (synapsis genaamd) tussen het homologe gebied van ssDNA en een dubbele DNA-helix. E. coli SSB-eiwit helpt het Rec-eiwit om deze reacties uit te voeren. Wanneer een gebied van homologie wordt geïdentificeerd door een initiële basenparing tussen de complementaire sequenties, vindt de cruciale stap in synapsis plaats.

In vivo-experimenten hebben aangetoond dat er verschillende soorten complexen worden gevormd tussen een ssDNA bedekt met RecA-eiwit en een dsDNA-helix. Eerst wordt een niet-basenparen complex gevormd dat wordt omgezet in een driestrengige structuur (ssDNA, dsDNA en RecA-eiwit) wanneer een homoloog gebied wordt gevonden.

Dit complex is onstabiel en spint een DNA-heteroduplex plus een verplaatst ssDNA uit de oorspronkelijke helix. Zodra de homologe regio's zijn aangetroffen en het ssDNA en dsDNA zijn gecomplexeerd, wordt een stabiele D-lus gevormd (d).

De volgende stap is de assimilatie van streng- en nick-ligatie (e). De donorstreng verdringt geleidelijk de ontvangende streng die takmigratie wordt genoemd. Na de vorming van synapsis wordt het heteroduplexgebied vergroot door eiwitgerichte vertakkingsmigratie die wordt gekatalyseerd door RecA-eiwit.

RecA-eiwitgerichte vertakkingsmigratie verloopt met een uniforme snelheid in één richting door toevoeging van meer RecA-eiwit aan één uiteinde van RecA-eiwitfilament op het ssDNA. Branch migration can take place at any point where two single strands with the sequence make attempts to pair with the same complementary strand.

An unpaired region of the other single strand resulting in movement of branch point without changing the total number of DNA base pairs. Special DNA helicases that catalyse protein directed branch migration are involved in recombination. In contrast, the spontaneous branch migration proceeds in both the directions almost at the same rate. Therefore, it makes a little progress over a long distance.

(e) Chiasma or crossing over formation:

Exchange of a single strand between two double helices is a different step in a general recombination event. After the initial cross strand exchange, further strand exchanges between the two closely opposed helices is thought to proceed rapidly. A nuclease cleaves and partly degrades the D-loop at some points.

At this stage possibly different organisms follow different pathways. However, in most of the cases an important structure called cross-strand exchange (also called Holliday Juncture or chi form or chiasmas, is formed by the two participating DNA helices (g). A chi form of single stranded connections in the cross over region has also been observed under the electron microscope by Dressier and Potter (1982).

The chi form of two homologous helices that initially paired and held together by mutual exchange of two of the four strands where one strand originates from each of the helices (g).

The chi form has two important properties, (i) the point of exchange can migrate rapidly back and forth along the helices by a double branch migration, and (ii) it contains two pairs of strands, one pair of crossing strands and the other pair of non-crossing strands.

(f) Breakage and reunion:

The chi structure can isomerize several rotations (h). This results in alteration of two original non-crossing strands into the crossing strands, and the crossing strands into the non-crossing strands. In order to regenerate two separate DNA helices, breakage and reunion in two crossing strands are required.

If breakage and reunion occur before isomerization the two crossing strands would not occur. Therefore, isomerization is required for the breakage and reunion of two homologous DNA double helices resulting from general genetic recombination.

Breakage and reunion occur either in the vertical or horizontal plane. If breakage occurs horizontally the recombinants would contain genotype ABlab with a little change in base sequences at the inner region (i).

However, if breakage occurs vertically the recombinants would contain Ab/aB (J). The RurC protein and RecG protein expressed from ruvC and recG genes respectively are thought to be alternative endonucleases specific for Holliday structure.

(g) Mismatch Repair (Mismatch Proof Read­ing System):

It is such a repair system which corrects mismatched base pairs of unpaired regions after recombination. This system recognises mis­matched function of DNA polymerase. The mecha­nism involves the excision of one of the other mismatched bases along with about 3,000 nucleotides. This RecFJO is involved in the repair of short mismatch either in the initial stage or at the end of recombination.

The two proteins MutS and MutL are present in bacteria and eukaryotes. The MutS protein binds to mismatched base pair, whereas MutL scan the DNA for a nick (Fig. 8.26).

When a nick is formed MutL triggers the degradation of the nicked strand all the way back through the mismatch, because the nicks are largely confined to the newly replicated strands in eukaryotes, replication errors are selectively removed. In bacteria the mechanism is the same except that an additional protein MutH nicks the un-methylated GATC sequences and begins the process.

It has been demonstrated in yeast and bacteria that the same mismatch repair system which removes replication errors as in Fig. 8.26 also interrupts the genetic recombination events between imperfectly matched DNA sequences. It is known that homologous genes in two closely related bacteria (E. coli and S.typhimurium) generally will not recombine, even after having 80% identical nucleotide sequences.

However, when mismatch repair system is inactivated by mutation, the frequency of such interspecies recombination increases by 100-fold. This mechanism protects the bacterial genome from sequence changes that would be caused by recombination with foreign DNA molecules entering in the cell.

(ii) Non-reciprocal Recombination (Gene Conversion):

The fundamental law of genetics is that the two partners contribute the equal amount of genes to the offsprings. It means that the offsprings inherit the half complete set of genes from the male and half from the female. One diploid cell undergoes meiosis producing four haploid cells therefore, the number of genes contributed by male gets halved and so the genes of female.

In higher animals like man it is not possible to analyse these genes taking a single cell. However, in certain organisms such as fungi it is possible to recover and analyse all the four daughter cells produced from a single cell through meiosis.

Occasionally, three copies of maternal allele and only one copy of paternal allele is formed by meiosis. This indicates that one of two copies of parental alleles has been altered to the maternal allele. This gene alteration is of non-reciprocal type and is called gene conversion. Gene conversion is thought to be an important event in the evolution of certain genes and occurs as a result of the mechanism of general recombination and DNA repair.

Non-reciprocal general recombination is given in Fig. 8.27. Kobayashi (1992) has discussed the mechanism for gene conversion and homologous recombination.

This process starts when a nick is made in one of the strands (a). From this point DNA polymerase synthesizes an extra copy of a strand and displaces the original copy as a single strand (b). This single strand starts pairing with the homologous region as in lower duplex of DNA molecule (b). The short unpaired strand produced in step (b) is degraded when the transfer of nucleotide sequence is completed. The results are observed (in the next cycle) when DNA replication has separated the two non-matching strands (c).

(iii) Site-Specific Recombination:

Site specific recombination alters the relative position of nucleotide sequences in chromosome. The base pairing reaction depends on protein mediated recognition of the two DNA sequences that will combine. Very long homologous sequence is not required.

Unlike general recombination, site specific recombination is guided by a recombination enzyme that recognises specific nucleotide sequences present on one of both recombining DNA molecules. Base pairing is not involved, however, if occurs the heteroduplex joint is only a few base pair long.

It was first discovered in phage λ by which its genome moves into and out of the E. coli chromosome. After penetration phage encoded an enzyme, lambda integrase which catalyses the recombination process (Fig. 8.28). Lambda integrase binds to a specific attachment site of DNA sequence on each chromosome.

It makes cuts and breaks a short homologous DNA sequences. The integrase switches the partner strands and rejoins them to form a heteroduplex joint of 7 bp long. The integrase resembles a DNA topoisomerase in rejoining the strands which have previously been broken.

Site specific recombination is of the following two types:

(a) Conservative site-specific recombina­tion:

Production of a very short heteroduplex by requiring some DNA sequence that is the same on the two DNA molecules is known as conservative site-specific recombination. The detail procedure is described in Fig. 8.28.

(b) Trans-positional site-specific recombi­nation:

There is another type of recombination system known as trans-positional site-specific (TSS) recombination. The TSS recombination does not produce heteroduplex and requires no specific sequences on the largest DNA.

There are several mobile DNA sequences including many viruses and transposable elements that encode integrates. The enzyme integrates by involving a mechanism different from phage λ insert its DNA into a chromosome. Each enzyme of integrates recog­nises a specific DNA sequence like phage λ.

K. Mizuuchi (1992a) reviewed the mecha­nism of trans-positional recombination based on the studies of bacteriophage Mu and the other elements. The enzyme integrase was first purified from Mu. Similar to integrase of phage λ, the Mu integrase also carries out of its cutting and rejoining reactions without requirement of ATP. Also they do not require a specific DNA sequence in the target chromosome and do not form a joint of heteroduplex.

Different steps of TSS recombinational events are shown in Fig. 8.29. The integrase makes a cut in one strand at each end of the viral DNA sequences, and exposes the 3′-OH group that protrudes out. Therefore, each of these 3′-OH ends directly invades a phosphodiester bond on opposite strands of a randomly selected site on a target chromosome.

This facilitates to insert the viral DNA sequence into the target chromosome, leaving two short single stranded gaps on each side of recombinational DNA molecule.

These gaps are filled in later on by DNA repair process (i.e. DNA polymerase) to complete the recombination process. This mechanism results in formation of short duplication (short repeats of about 3 to 12 nucleotide long) of the adjacent target DNA sequence. Formation of short repeats is the hall-marks of a TSS recombination.

Fig. 8.29 : Mechanism of trans-positional site-specific recombination SDR, short direct repeats of target DNA sequence.


13.1 Chromosomal Theory and Genetic Linkages

In this section, you will explore the following question:

Connection for AP ® Courses

Proposed independently by Sutton and Boveri in the early 1900s, the Chromosomal Theory of Inheritance states that chromosomes are vehicles of genetic heredity. As we have discovered, patterns of inheritance are more complex than Mendel could have imagined. Mendel was investigating the behavior of genes. He was fortunate in choosing traits coded by genes that happened to be on different chromosomes or far apart on the same chromosome. When genes are linked or near each other on the same chromosome, patterns of segregation and independent assortment change. In 1913, Sturtevant devised a method to assess recombination frequency and infer the relative positions and distances of linked genes on a chromosome based on the average number of crossovers between them during meiosis.

The content presented in this section supports the Learning Objectives outlined in Big Idea 3 of the AP ® Biology Curriculum Framework. The AP ® Learning Objectives merge essential knowledge content with one or more of the seven Science Practices. These objectives provide a transparent foundation for the AP ® Biology course, along with inquiry-based laboratory experiences, instructional activities, and AP ® exam questions.

Big Idea 3 Living systems store, retrieve, transmit and respond to information essential to life processes.
Enduring Understanding 3.A Heritable information provides for continuity of life.
Essential Knowledge 3.A.2 In eukaryotes, heritable information is passed to the next generation via processes that include the cell cycle and mitosis or meiosis plus fertilization.
Science Practice 7.1 The student can connect phenomena and models across spatial and temporal scales.
Learning Objective 3.10 The student is able to represent the connection between meiosis and increased genetic diversity necessary for evolution.
Essential Knowledge 3.A.3 The chromosomal basis of inheritance provides an understanding of the pattern of passage (transmission) of genes from parent to offspring.
Science Practice 1.1 De student kan representaties en modellen maken van natuurlijke of kunstmatige fenomenen en systemen in het domein.
Science Practice 7.2 The student can connect concepts in and across domain(s) to generalize or extrapolate in and/or across enduring understandings and/or big ideas.
Learning Objective 3.12 The student is able to construct a representation that connects the process of meiosis to the passage of traits from parent to offspring.

Ondersteuning voor docenten

Introduce genetic linkage using visuals such as this video.

Students can read about corn genetics in this review article.

Students can read about linked genes and Mendel’s work in this article.

Have students work through inheritance scenarios where genes are linked and where they are on different chromosomes using the following activity sheet.

Teacher preparation notes for this activity are available here.

De Science Practice Challenge-vragen bevatten aanvullende testvragen voor dit gedeelte die u zullen helpen bij de voorbereiding op het AP-examen. Deze vragen hebben betrekking op de volgende normen:
[APLO 3.2][APLO 3.11][APLO 3.14][APLO 3.15][APLO 3.28][APLO 3.26][APLO 3.17][APLO 4.22]

Long before chromosomes were visualized under a microscope, the father of modern genetics, Gregor Mendel, began studying heredity in 1843. With the improvement of microscopic techniques during the late 1800s, cell biologists could stain and visualize subcellular structures with dyes and observe their actions during cell division and meiosis. With each mitotic division, chromosomes replicated, condensed from an amorphous (no constant shape) nuclear mass into distinct X-shaped bodies (pairs of identical sister chromatids), and migrated to separate cellular poles.

Chromosomal Theory of Inheritance

The speculation that chromosomes might be the key to understanding heredity led several scientists to examine Mendel’s publications and re-evaluate his model in terms of the behavior of chromosomes during mitosis and meiosis. In 1902, Theodor Boveri observed that proper embryonic development of sea urchins does not occur unless chromosomes are present. That same year, Walter Sutton observed the separation of chromosomes into daughter cells during meiosis (Figure 13.2). Together, these observations led to the development of the Chromosomal Theory of Inheritance , which identified chromosomes as the genetic material responsible for Mendelian inheritance.

The Chromosomal Theory of Inheritance was consistent with Mendel’s laws and was supported by the following observations:

  • During meiosis, homologous chromosome pairs migrate as discrete structures that are independent of other chromosome pairs.
  • The sorting of chromosomes from each homologous pair into pre-gametes appears to be random.
  • Each parent synthesizes gametes that contain only half of their chromosomal complement.
  • Even though male and female gametes (sperm and egg) differ in size and morphology, they have the same number of chromosomes, suggesting equal genetic contributions from each parent.
  • The gametic chromosomes combine during fertilization to produce offspring with the same chromosome number as their parents.

Despite compelling correlations between the behavior of chromosomes during meiosis and Mendel’s abstract laws, the Chromosomal Theory of Inheritance was proposed long before there was any direct evidence that traits were carried on chromosomes. Critics pointed out that individuals had far more independently segregating traits than they had chromosomes. It was only after several years of carrying out crosses with the fruit fly, Drosophila melanogaster, that Thomas Hunt Morgan provided experimental evidence to support the Chromosomal Theory of Inheritance.

Genetic Linkage and Distances

Mendel’s work suggested that traits are inherited independently of each other. Morgan identified a 1:1 correspondence between a segregating trait and the X chromosome, suggesting that the random segregation of chromosomes was the physical basis of Mendel’s model. This also demonstrated that linked genes disrupt Mendel’s predicted outcomes. The fact that each chromosome can carry many linked genes explains how individuals can have many more traits than they have chromosomes. However, observations by researchers in Morgan’s laboratory suggested that alleles positioned on the same chromosome were not always inherited together. During meiosis, linked genes somehow became unlinked.

Homologous Recombination

In 1909, Frans Janssen observed chiasmata—the point at which chromatids are in contact with each other and may exchange segments—prior to the first division of meiosis. He suggested that alleles become unlinked and chromosomes physically exchange segments. As chromosomes condensed and paired with their homologs, they appeared to interact at distinct points. Janssen suggested that these points corresponded to regions in which chromosome segments were exchanged. It is now known that the pairing and interaction between homologous chromosomes, known as synapsis, does more than simply organize the homologs for migration to separate daughter cells. When synapsed, homologous chromosomes undergo reciprocal physical exchanges at their arms in a process called homologous recombination , or more simply, “crossing over.”

To better understand the type of experimental results that researchers were obtaining at this time, consider a heterozygous individual that inherited dominant maternal alleles for two genes on the same chromosome (such as AB) and two recessive paternal alleles for those same genes (such as ab). If the genes are linked, one would expect this individual to produce gametes that are either AB of ab with a 1:1 ratio. If the genes are unlinked, the individual should produce AB, Ab, aB, en ab gametes with equal frequencies, according to the Mendelian concept of independent assortment. Because they correspond to new allele combinations, the genotypes Ab and aB are nonparental types that result from homologous recombination during meiosis. Parental types are progeny that exhibit the same allelic combination as their parents. Morgan and his colleagues, however, found that when such heterozygous individuals were test crossed to a homozygous recessive parent (AaBb × aabb), both parental and nonparental cases occurred. For example, 950 offspring might be recovered that were either AaBb of aabb, but 50 offspring would also be obtained that were either Aabb of aaBb. These results suggested that linkage occurred most often, but a significant minority of offspring were the products of recombination.

Visual Connection

  1. Yes, the predicted offspring frequencies range from 0\% to 100\%
  2. No, the predicted offspring frequencies cannot be higher than 30\% .
  3. Yes, the predicted offspring frequencies range from 0\% to 60\% .
  4. No, the predicted offspring frequencies range from 0\% to 50\% .

Science Practice Connection for AP® Courses

Denk er over na

A test cross involving F1 dihybrid flies produces more parental-type offspring than recombinant-type offspring. How can you explain these observed results?

Ondersteuning voor docenten

The question is an application of Learning Objective 3.12 and Science Practices 1.1 and 7.2, and Learning Objective 3.10 and Science Practice 7.1 because students are explaining how meiosis can result in gametes with genetic variation in turn, these gametes can introduce variation in offspring.

Antwoord geven

More parental type offspring are produced because the genes that are being examined in the dihybrid cross are linked. Genes whose loci are nearer to each other are less likely to be separated onto different chromatids during meiosis as a result of chromosomal crossover. Therefore, there will be more offspring with the parental phenotype than the recombinant phenotype.

More information about linked genes can be found at the following resources:

Everyday Connection for AP® Courses

Genetic Markers for Cancers

Scientists have used genetic linkage to discover the location in the human genome of many genes that cause disease. They locate disease genes by tracking inheritance of traits through generations of families and creating linkage maps that measure recombination among groups of genetic “markers.” The two BRCA genes, mutations which can lead to breast and ovarian cancers, were some of the first genes discovered by genetic mapping. Women who have family histories of these cancers can now be screened to determine if one or both of these genes carry a mutation. If so, they can opt to have their breasts and ovaries surgically removed. This decreases their chances of getting cancer later in life. The actress Angelia Jolie brought this to the public’s attention when she opted for surgery in 2014 and again in 2015 after doctors found she carried a mutated BRCA1 gene.

  1. Genes responsible for temperament are on the same chromosome as genes responsible for certain facial features.
  2. A single gene codes for both temperament and certain facial features, such as jaw size.
  3. Genes responsible for mild temperament are only expressed when genes encoding a cute face are also present.
  4. The products of genes encoding temperament interact with the products of genes encoding facial features.

Genetic Maps

Janssen did not have the technology to demonstrate crossing over so it remained an abstract idea that was not widely accepted. Scientists thought chiasmata were a variation on synapsis and could not understand how chromosomes could break and rejoin. Yet, the data were clear that linkage did not always occur. Ultimately, it took a young undergraduate student and an “all-nighter” to mathematically elucidate the problem of linkage and recombination.

In 1913, Alfred Sturtevant, a student in Morgan’s laboratory, gathered results from researchers in the laboratory, and took them home one night to mull them over. By the next morning, he had created the first “chromosome map,” a linear representation of gene order and relative distance on a chromosome (Figure 13.4).

Visual Connection

Which of the following statements is true?
  1. Recombination of the red/brown eye and long/short aristae alleles will occur more frequently than recombination of the alleles for wing length and body color.
  2. Recombination of the body color and red/cinnabar eye alleles will occur more frequently than recombination of the alleles for wing length and aristae length.
  3. Recombination of the body color and aristae length alleles will occur more frequently than recombination of red/brown eye alleles and the aristae length alleles.
  4. Recombination of the gray/black body color and long/short aristae alleles will not occur.

As shown in Figure 13.4, by using recombination frequency to predict genetic distance, the relative order of genes on chromosome 2 could be inferred. The values shown represent map distances in centimorgans (cM), which correspond to recombination frequencies (in percent). Therefore, the genes for body color and wing size were 65.5 − 48.5 = 17 cM apart, indicating that the maternal and paternal alleles for these genes recombine in 17 percent of offspring, on average.

To construct a chromosome map, Sturtevant assumed that genes were ordered serially on threadlike chromosomes. He also assumed that the incidence of recombination between two homologous chromosomes could occur with equal likelihood anywhere along the length of the chromosome. Operating under these assumptions, Sturtevant postulated that alleles that were far apart on a chromosome were more likely to dissociate during meiosis simply because there was a larger region over which recombination could occur. Conversely, alleles that were close to each other on the chromosome were likely to be inherited together. The average number of crossovers between two alleles—that is, their recombination frequency —correlated with their genetic distance from each other, relative to the locations of other genes on that chromosome. Considering the example cross between AaBb en aabb above, the frequency of recombination could be calculated as 50/1000 = 0.05. That is, the likelihood of a crossover between genes A/a en B/b was 0.05, or 5 percent. Such a result would indicate that the genes were definitively linked, but that they were far enough apart for crossovers to occasionally occur. Sturtevant divided his genetic map into map units, or centimorgans (cM) , in which a recombination frequency of 0.01 corresponds to 1 cM.

By representing alleles in a linear map, Sturtevant suggested that genes can range from being perfectly linked (recombination frequency = 0) to being perfectly unlinked (recombination frequency = 0.5) when genes are on different chromosomes or genes are separated very far apart on the same chromosome. Perfectly unlinked genes correspond to the frequencies predicted by Mendel to assort independently in a dihybrid cross. A recombination frequency of 0.5 indicates that 50 percent of offspring are recombinants and the other 50 percent are parental types. That is, every type of allele combination is represented with equal frequency. This representation allowed Sturtevant to additively calculate distances between several genes on the same chromosome. However, as the genetic distances approached 0.50, his predictions became less accurate because it was not clear whether the genes were very far apart on the same chromosome or on different chromosomes.

In 1931, Barbara McClintock and Harriet Creighton demonstrated the crossover of homologous chromosomes in corn plants. Weeks later, homologous recombination in Drosophila was demonstrated microscopically by Curt Stern. Stern observed several X-linked phenotypes that were associated with a structurally unusual and dissimilar X chromosome pair in which one X was missing a small terminal segment, and the other X was fused to a piece of the Y chromosome. By crossing flies, observing their offspring, and then visualizing the offspring’s chromosomes, Stern demonstrated that every time the offspring allele combination deviated from either of the parental combinations, there was a corresponding exchange of an X chromosome segment. Using mutant flies with structurally distinct X chromosomes was the key to observing the products of recombination because DNA sequencing and other molecular tools were not yet available. It is now known that homologous chromosomes regularly exchange segments in meiosis by reciprocally breaking and rejoining their DNA at precise locations.

Link naar leren

Review Sturtevant’s process to create a genetic map on the basis of recombination frequencies here.

  1. Chromosomal crossover is a specific, non-random process during which chromosomes are linked together and exchange DNA, which contributes to the genetic diversity.
  2. Chromosomal crossover occurs during meiosis when chromosome pairs are linked and exchange DNA. Thus, crossover increases the variance of genetic combinations in the haploid gamete cell.
  3. Chromosomal crossover results in the inheritance of enhanced genetic material by offspring, and the subsequent recombination event is not variable in frequency or location.
  4. Chromosomal crossover occurs during the mitotic process when chromosomes are linked together and recombination takes place, increasing the variance of genetic combinations in the haploid mitotic cells formed from mitosis.

Mendel’s Mapped Traits

Homologous recombination is a common genetic process, yet Mendel never observed it. Had he investigated both linked and unlinked genes, it would have been much more difficult for him to create a unified model of his data on the basis of probabilistic calculations. Researchers who have since mapped the seven traits investigated by Mendel onto the seven chromosomes of the pea plant genome have confirmed that all of the genes he examined are either on separate chromosomes or are sufficiently far apart as to be statistically unlinked. Some have suggested that Mendel was enormously lucky to select only unlinked genes, whereas others question whether Mendel discarded any data suggesting linkage. In any case, Mendel consistently observed independent assortment because he examined genes that were effectively unlinked.

As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.

Want to cite, share, or modify this book? This book is Creative Commons Attribution License 4.0 and you must attribute OpenStax.

    If you are redistributing all or part of this book in a print format, then you must include on every physical page the following attribution:

  • Use the information below to generate a citation. We recommend using a citation tool such as this one.
    • Auteurs: Julianne Zedalis, John Eggebrecht
    • Publisher/website: OpenStax
    • Titel van het boek: Biologie voor AP®-cursussen
    • Publicatiedatum: 8 maart 2018
    • Location: Houston, Texas
    • Boek-URL: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/1-introduction
    • Section URL: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/13-1-chromosomal-theory-and-genetic-linkages

    © 12 januari 2021 OpenStax. Textbook content produced by OpenStax is licensed under a Creative Commons Attribution License 4.0 license. The OpenStax name, OpenStax logo, OpenStax book covers, OpenStax CNX name, and OpenStax CNX logo are not subject to the Creative Commons license and may not be reproduced without the prior and express written consent of Rice University.


    Genetic Problems Solutions Campbell Ch14

    Genetics Problems Campbell 1. A man with hemophilia (a recessive , sex-linked condition has a daughter of normal phenotype. She marries a man who is normal for the trait. What is the probability that a daughter of this mating will be a hemophiliac? A son? If the couple has four sons, what is the probability that all four will be born with hemophilia?

    2. Pseudohypertropic muscular dystrophy is a disorder that causes gradual deterioration of the muscles. It is seen only in boys born to apparently normal parents and usually results in death in the early teens. (a) Is pseudohypertrophic muscular dystrophy caused by a dominant or recessive allele? (b) Is its inheritance sex-linked or autosomal? (c) How do you know? Explain why this disorder is always seen in boys and never girls.

    3. Red-green color blindness is caused by a sex-linked recessive allele. A color-blind man marries a woman with normal vision whose father was color-blind. (a) What is the probability that they will have a color-blind daughter? (b) What is the probability that their first son will be color-blind? (Note: the two questions are worded a bit differently.)

    4. A wild-type fruit fly (heterozygous for gray body color and normal wings was mated with a black fly with vestigial wings. The offspring had the following phenotypic distribution: wild type, 778 black-vestigial, 785 black-normal, 158 gray-vestigial, 162. What is the recombination frequency between these genes for body color and wing type.

    5. In another cross, a wild-type fruit fly (heterozygous for gray body color and red eyes) was mated with a black fruit fly with purple eyes. The offspring were as follows: wild-type, 721 black-purple, 751 gray-purple, 49 black-red, 45. (a) What is the recombination frequency between these genes for body color and eye color? (b) Following up on this problem and problem 4, what fruit flies (genotypes and phenotypes) would you mate to determine the sequence of the body color, wing shape, and eye color genes on the chromosomes?

    6. A space probe discovers a planet inhabited by creatures who reproduce with the same hereditary patterns as those in humans. Three phenotypic characters are height (T = tall, t = dwarf), hearing appendages (A = antennae, a = no antennae), and nose morphology (S = upturned snout, s = downturned snout). Since the creatures were not “intelligent” Earth scientists were able to do some controlled breeding experiments, using various heterozygotes in testcrosses. For a tall heterozygote with antennae, the offspring were tall-antennae, 46 dwarf-antennae 7 dwarf-no antennae 42 tall-no antennae 5. For a heterozygote with antennae and an upturned snout, the offspring were antennae-upturned snout 47 antennae-downturned snout, 2 no antennae-downturned snout, 48: no antennae-upturned snout 3. Calculate the recombination frequencies for both experiments.

    7. Using the information from problem 6, a further testcross was done using a heterozygote for height and nose morphology. The offspring were tall-upturned nose, 40 dwarf-upturned nose, 9 dwarf-downturned nose, 42 tall-downturned nose, 9. Calculate the recombination frequency from these data then use your answer from problem 6 to determine the correct sequence of the three linked genes.

    8. Imagine that a geneticist has identified two disorders that appear to be caused by the same chromosomal defect and are affected by genomic imprinting: blindness and numbness of the limbs. A blind woman (whose mother suffered from numbness) has four children, two of whom, a son and daughter, have inherited the chromosomal defect. If this defect works like Prader-Willi and Angelman syndromes, what disorders do this son and daughter display? What disorders would be seen in their sons and daughters?

    9. What pattern of inheritance would lead a geneticist to suspect that an inherited disorder of cell metabolism is due to a defective mitochondrial gene?

    10. An aneuploid person is obviously female, but her cells have two Barr bodies. what is the probable complement of sex chromosomes in this individual?

    11. Determine the sequence of genes along a chromosome based on the following recombination frequencies: A-B, 8 map units A-C, 28 map units A-D, 25 map units B-C , 20 map units B-D, 33 map units.

    12. About 5% of individuals with Downs syndrome are the result of chromosomal translocation. In most of these cases, one copy of chromosome 21 becomes attached to chromosome 14. How does this translocation lead to children with Down syndrome?

    13. Assume genes A and B are linked and are 50 map units apart. An individual heterozygous at both loci is crossed with an individual who is homozygous recessive at both loci. (a) What percentage of the offspring will show phenotypes resulting from crossovers? (b) If you did not know genes A and B were linked, how would you interpret the results of this cross?

    14. In Drosophila, the gene for white eyes and the gene that produces “hairy” wings have both been mapped to the same chromosome and have a crossover frequency of 1.5%. A geneticist doing some crosses involving these two mutant characteristics noticed that in a particular stock of flies, these two genes assorted independently that is they behaved as though they were on different chromosomes. What explanation can you offer for this observation?


    Recombination frequencies - Biology

    Recombination frequency question. The recombinant frequency of two genes A and B located on the same chromosome is 38%. Parents heterozygous for genes A and B were test crossed, and 250 offspring resulted. How many of the offspring would have the parental genotypes ofr A and B?

    I was told that you have to use this formula : recombination frequency= # of recombinant types / total number of offspring x 100%. Ik heb dit gedaan. I went 0.38= # of recombinant types / 250 offsprings x 100%. i got rid off the 100% to get 0.38 i took 0.38 x 250 i ogt 95. is my answer correct?

    Answered By Olena V

    Yes, your answer is correct.

    The number of offspring that would have the parental genotypes A and B would be 95. The 38% lets you know how often this occurs in a group of offspring. So if you know that your total amount of offspring is 250 you then multiply it by .38 to get your answer of 95 offspring.

    Basically this question lets you know that unlike the traditional punett square where if you combine two heterzogous individuals (AB and AB) where the possibility of the offspring to be AB as well is 50%, the chance of that is actually lower (38%).


    Bekijk de video: Gene Mapping, Percent Recombination and Map Units (Januari- 2022).