Неравный кроссинговер

Неравный кроссинговер — это тип дупликации или делеции генов, при котором последовательность в одной цепи удаляется и заменяется дупликацией из ее сестринской хроматиды в митозе или из ее гомологичной хромосомы во время мейоза . Это тип хромосомного кроссинговера между гомологичными последовательностями, которые не являются парными точно. Обычно гены отвечают за возникновение кроссинговера. Он обменивается последовательностями различных связей между хромосомами. Наряду с генной конверсией , он считается основным драйвером для генерации дупликаций генов и является источником мутаций в геноме. ^[1]

Во время мейоза дуплицированные хромосомы ( хроматиды ) в эукариотических организмах прикрепляются друг к другу в области центромеры и, таким образом, образуют пары. Затем материнские и отцовские хромосомы выравниваются рядом друг с другом. В это время рекомбинация может происходить посредством кроссинговера участков отцовских и материнских хроматид и приводит к реципрокной или нереципрокной рекомбинации. ^[1] Неравный кроссинговер требует определенной степени сходства между последовательностями для возникновения несовпадения. Чем больше сходства внутри последовательностей, тем более вероятно, что произойдет неравный кроссинговер. ^[1] Таким образом, одна из последовательностей теряется и заменяется дупликацией другой последовательности.

Когда две последовательности не выровнены, неравный кроссинговер может создать тандемный повтор на одной хромосоме и делецию на другой. Скорость неравного кроссинговера будет увеличиваться с числом повторяющихся последовательностей вокруг дупликации. Это происходит потому, что эти повторяющиеся последовательности будут образовывать пары вместе, что позволяет произойти несоответствию в точке кроссинговера. ^[2]

Неравный кроссинговер — это процесс, который в наибольшей степени ответственен за создание региональных генных дупликаций в геноме. ^[1] Повторные раунды неравного кроссинговера вызывают гомогенизацию двух последовательностей. С увеличением числа дубликатов неравный кроссинговер может привести к дисбалансу дозировки в геноме и может быть крайне пагубным. ^{[1] [2]}

При неравном кроссинговере могут происходить большие обмены последовательностями между хромосомами. По сравнению с генной конверсией, которая может передавать максимум 1500 пар оснований, неравный кроссинговер в генах рДНК дрожжей, как было обнаружено, передает около 20 000 пар оснований за один кроссинговер ^{[1] [3]} Неравный кроссинговер может сопровождаться согласованной эволюцией дублированных последовательностей.

Было высказано предположение, что более длинные интроны, обнаруженные между двумя генами бета-глобина, являются ответом на вредный отбор из-за неравного кроссинговера в генах бета-глобина. ^{[1] [4]} Сравнения между альфа-глобином, который не имеет длинных интронов, и генами бета-глобина показывают, что альфа-глобин имеет в 50 раз более согласованную эволюцию.

Когда неравный кроссинговер создает дупликацию гена , у дубликата есть 4 эволюционные судьбы. Это связано с тем, что очищающий отбор, действующий на дуплицированную копию, не очень силен. Теперь, когда есть избыточная копия, нейтральные мутации могут действовать на дубликат. Чаще всего нейтральные мутации будут продолжаться до тех пор, пока дубликат не станет псевдогеном . Если дублированная копия увеличивает эффект дозировки продукта гена, то дубликат может быть сохранен как избыточная копия. Неофункционализация также возможна: дублированная копия приобретает мутацию, которая дает ей функцию, отличную от ее предковой. Если обе копии приобретают мутации, возможно, что произойдет субфункциональное событие . Это происходит, когда обе дублированные последовательности имеют более специализированную функцию, чем предковая копия ^[5]

Дупликации генов являются основной причиной увеличения размера генома, и поскольку неравный кроссинговер является основным механизмом дупликации генов, неравный кроссинговер способствует эволюции размера генома и является наиболее распространенным событием региональной дупликации, которое увеличивает размер генома.

При рассмотрении генома эукариота поразительным наблюдением является большое количество тандемных, повторяющихся последовательностей ДНК, которые составляют большую часть генома. Например, более 50% генома Dipodmys ordii состоит из трех специфических повторов. У Drosophila virilis есть три последовательности, которые составляют 40% генома, а 35% Absidia glauca — это повторяющиеся последовательности ДНК. ^[1] Эти короткие последовательности не испытывают давления отбора, действующего на них, и частота повторов может быть изменена неравным кроссинговером. ^[6]