Məlumat

Meyozdan sonra X və ya Y xromosom zülalına ehtiyac

Meyozdan sonra X və ya Y xromosom zülalına ehtiyac


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Meyozdan sonra hər spermatid ya X xromosomunu, ya da Y xromosomunu alır. Mən bilirəm ki, 1 spermatoqoniyadan əmələ gələn 4 spermatid sitoplazma ilə bağlıdır və beləliklə, X və ya Y xromosomunun yaratdığı zülallar bütün 4 hüceyrə tərəfindən paylaşıla bilər.

X və ya Y xromosomunun hansı zülalların X və ya Y xromosomuna xas olduğunu və spermatidləri spermaya çevirmək üçün lazım olduğunu bilmək istəyirəm.


X xromosomunun ümumi təsərrüfat işləri üçün tələb olunan bir çox vacib genləri var. Beləliklə, X-xromosom genləri haqqında həqiqətən danışmaq lazım deyil. Budur X xromosomunda mövcud olan genlərin siyahısı.

@Armatus, əgər bütün bu genlər autosomlarda idisə, Y-nin olması kişi inkişafı üçün məcburi olmayacaq. Cinsi inkişafda iştirak edən otosomal genlər var, məsələn. Anti-Müllerian Hormon geni 19-cu xromosomda mövcuddur. Bununla belə, kişiyə xas olan master tənzimləyici olmalıdır və cinsi təyinat məməlilərdə xromosomal olduğundan, Y-xromosomu həmin master tənzimləyicini kodlamalıdır.

Y-xromosomunda kodlanmış Sry, kişi cinsi inkişafı üçün tamamilə vacib olan belə bir zülaldır. Bununla belə, spermatogenez prosesində tələb olunan əsas genlərin autosom olaraq kodlanmış olması çox mümkündür. Əslində belədir. Mən sadəcə KEGG-də sepermatogenez ilə əlaqəli olan genlərin siyahısını götürdüm və onların xromosom yerlərini yoxladım. Onların hamısı otozomaldır.

Gen --- mövqe SPATA1 --- 1p22.3 SPATA25 --- 20q13.12 SPATA32 --- 17q21.31 SPATA9 --- 5q15 SPATA19 --- 11q25 SOHLH1 --- 9q34.3 -2-SPATC1. SPATA18 --- 4q12 SPATA2 --- 20q13.13 SPATA21 --- 1p36.13 SPATA2L --- 16q24.3 GMCL1 --- 2p13.3 SPATA7 --- 14q31.3 SPATA5 --- 14q31.3 SPATA2 ---1. - 9p24.2 SPATA4 --- 4q34.2 SPATA24 --- 5q31.2 SPATS2L --- 2q33.1 SPATA16 --- 3q26.31 SPATA6 --- 1p33 SPATA12 --- 3p114.3-16p. 1 SPATC1 --- 8q24.3 SPATA22 --- 17p13.3 SOHLH2 --- 13q13.3 SPATA13 --- 13q12.12 SPATS2 --- 12q13.12 SPATA20 --- 17q24.3 SPATA20 --- 17qASUN2131. SPATA8 --- 15q26.2 SPATA17 --- 1q41 SPATA3 --- 2q37.1 SPATA5L1 --- 15q21.1 GMCL1P1 --- 5q35.3 SPATA41 --- 15q26.3 SPATA1421. - 16q24.3

Giriş və Məqsədlər

Qreqor Mendel (Şəkil 1) öz təcrübələrindən belə nəticəyə gəldi ki, "irsi vahidlər" əlamətləri bir nəsildən digərinə ötürürdü, lakin onun işi zamanı (1850-1860-cı illər) xromosomlar hələ müşahidə edilməmişdi. Təxminən əsrin əvvəllərində iki hadisə Mendelin adını tarixə möhkəm yerləşdirdi. Birincisi, üç botanik Mendelin tədqiqatlarına bənzər tədqiqatlar apardıqdan sonra müstəqil olaraq yenidən kəşf etdilər. İkincisi, elm adamları mitoz və meioz zamanı xromosomların davranışı (yalnız bu yaxınlarda müşahidə edilmiş) arasında fərqlər görməyə başladılar. Məsələn, onlar orqanizmlərin meioz zamanı ayrılan cüt homoloji xromosomlara malik olduğunu və iki gametin birləşməsi nəticəsində normal diploid xromosom sayına malik ziqotun əmələ gəldiyini gördülər.

Bu faktlar Mendelin Seqreqasiya və Müstəqil Çeşid Qanunları ilə yaxşı üst-üstə düşür, xromosomların Mendelin təklif etdiyi "irsi vahidləri" olduğunu nümayiş etdirir. Mendelin işi və xromosomların və onların davranışının kəşfi, genlərin xromosomların xüsusi yerlərində tapıldığını və homoloji xromosomların meyoz zamanı bir-birindən ayrı və homoloji olmayan xromosomların müstəqil şəkildə çeşidləndiyini aşkar edən tədqiqatlar üçün əsas yaratdı. Bu dərslik xromosomların allel seqreqasiyasında oynadığı rolu daha yaxından araşdıracaq. Fərqli xromosomlardakı genlərin (və onların allellərinin) müstəqil olaraq ayrıldığını (və ya çeşidləndiyini) öyrənəcəksiniz. Eyni xromosomdadırlarsa, müstəqil seqreqasiya nümayiş etdirə və ya göstərməyə bilərlər.

Bu təlimatın sonunda siz aşağıdakılar haqqında əsas anlayışa sahib olmalısınız:

  • Xromosom davranışı allel seqreqasiyasını necə izah edir
  • İnsanlarda və digər orqanizmlərdə cinsin təyini
  • Cinslə əlaqəli digər genlərin miras qalması
  • Gen ifadəsində X-inaktivasiyasının rolu


Şəkil 1. Qreqor Mendel. (Böyütmək üçün şəklin üzərinə klikləyin)


Mexanizm

Hüceyrə dövrünün 2 hissəsi var: interfaza və mitoz/meyoz. İnterfaza daha da böyümə 1 (G1), sintez (S) və böyümə 2 (G2) bölünə bilər. G fazalarında hüceyrə müxtəlif zülallar istehsal edərək böyüyür və S fazasında DNT replikasiya olunur ki, hər bir xromosom 2 eyni bacı xromatidi ehtiva edir.

Mitoz 4 fazadan ibarətdir: profilaktika, metafaza, anafaza və telofaza. Profazada nüvə zərfi parçalanır və xromatin kondensasiya olunur. Metafazada xromosomlar metafaza lövhəsi boyunca düzülür və mikrotubullar hər bir xromosomun kinetoxorlarına bağlanır. Anafazada xromatidlər ayrılır və mikrotubullar tərəfindən hüceyrənin əks uclarına çəkilir. Nəhayət, telofazada nüvə zərfləri yenidən peyda olur, xromosomlar xromatinə açılır və hüceyrə hüceyrəni 2 eyni qız hüceyrəyə parçalayan sitokinezdən keçir.

Meiosis mitozun bütün 4 mərhələsindən iki dəfə keçir, dəyişdirilmiş mexanizmlərlə nəticədə diploid əvəzinə haploid hüceyrələr yaradır. Bir modifikasiya meioz I-də olur. Qardaş xromatidlər əvəzinə homoloji xromosomlar ayrılaraq haploid hüceyrələr yaradır. Məhz bu proses zamanı nəslin artan genetik müxtəlifliyinə səbəb olan keçid və müstəqil çeşidi görürük. Meiosis II mitozla eyni şəkildə irəliləyir, lakin haploid sayda xromosomlarla, nəticədə genetik olaraq orijinal hüceyrədən fərqli olan 4 qız hüceyrəsi yaradır.

Ayrılmama mitozun anafazasında, meyoz I və ya meioz II zamanı baş verə bilər. Anafaza zamanı bacı xromatidlər (yaxud meioz I üçün homoloji xromosomlar) ayrılaraq mikrotubullar tərəfindən çəkilərək hüceyrənin əks qütblərinə keçəcəklər. Ayrılmaqda, ayrılma baş vermir, bu da həm bacı xromatidlərin, həm də homoloji xromosomların hüceyrənin bir qütbünə çəkilməsinə səbəb olur.

Mitotik disjunksiya ya topoizomeraz II, kondensin və ya separazanın inaktivasiyası nəticəsində baş verə bilər. Bu, biri 47 xromosomlu (2n+1), digəri isə 45 xromosomlu (2n-1) olan 2 anevloid qız hüceyrəsi ilə nəticələnəcək.

Meyoz I-də ayrılmazlıq tetradlar I anafaza zamanı ayrıla bilmədikdə baş verir. I meyozun sonunda biri n+1, digəri isə n-1 olan 2 haploid qız hüceyrəsi olacaq. Bu qız hüceyrələrinin hər ikisi daha sonra meiosis II-də bir daha bölünərək 2-si n+1 və 2-si n-1 olan 4 qız hüceyrəsi əmələ gətirəcək.

Meyoz II-də ayrılmazlıq anafaza II zamanı bacı xromatidlərin ayrılmaması nəticəsində yaranır. Meyoz I səhvsiz davam etdiyinə görə, 4 qız hüceyrədən 2-si 23 xromosomdan ibarət normal tamamlayıcıya sahib olacaq. Digər 2 qız hüceyrəsi biri n+1, digəri isə n-1 olan aneuploid olacaq. 


Meioz

Cinsi çoxalma tələb olunur mayalanma, iki ayrı orqanizmdən iki hüceyrənin birləşməsi. Bu iki hüceyrənin hər birində bir xromosom dəsti varsa, nəticədə meydana gələn hüceyrə iki xromosom dəstini ehtiva edir. haploid hüceyrələrdə bir xromosom dəsti var, diploid hüceyrələrdə iki xromosom dəsti var. Hüceyrədəki xromosom dəstlərinin sayı onun adlanır ploidy səviyyə. Əgər reproduktiv dövr davam edəcəksə, onda diploid hüceyrə yenidən gübrələmə baş verməzdən əvvəl xromosom dəstlərinin sayını bir şəkildə azaltmalıdır və ya hər nəsildə xromosom dəstlərinin sayında davamlı olaraq ikiqat artım olacaq. Beləliklə, gübrələmə ilə yanaşı, cinsi çoxalmaya xromosom dəstlərinin sayını azaldan bir nüvə bölünməsi daxildir.

adlanan haploid hüceyrələri meydana gətirən nüvə bölünməsi meioz, mitozla əlaqədardır. Mitozda həm ana, həm də qız nüvələri əksər bitki və heyvanlar üçün eyni ploidlik səviyyəsindədir və mdashdiploiddir. Meyoz mitozla eyni mexanizmlərdən çox istifadə edir. Bununla belə, başlanğıc nüvə həmişə diploiddir və meiotik hüceyrə bölünməsinin sonunda nəticələnən nüvələr haploiddir. Xromosom sayında bu azalmaya nail olmaq üçün meyotik hüceyrə dövrü bir dövrə xromosom duplikasiyasından və iki nüvə bölünməsinin raundları. Bölünmə mərhələlərinin hər birində baş verən hadisələr mitoz hadisələrinin analoqu olduğu üçün eyni mərhələ adları verilir. Bununla belə, bölünmənin iki mərhələsi olduğu üçün əsas proses və mərhələlər &ldquoI&rdquo və ya &ldquoII ilə təyin olunur.&rdquo Beləliklə, meioz I meyoz bölünmənin birinci mərhələsidir və I profaza, prometafaz I və s.-dən ibarətdir. Meioz II, meyotik bölünmənin ikinci raundunun baş verdiyi profilaktika II, prometafaz II və s.

Meioz I

Meyozdan əvvəl G-dən ibarət interfaza keçir1, S və G2 mitozdan əvvəlki fazalarla demək olar ki, eyni olan fazalar.

Profaza I

I profilaktika fazasının əvvəlində, xromosomlar mikroskopik olaraq aydın şəkildə görünməzdən əvvəl, homoloji xromosomlar uclarına əlavə olunur (onların telomerlər) zülallarla nüvə zərfinə. Homoloji xromosomlar oxşardır, lakin eyni xromosom deyil. Məsələn, ananızdan 12-ci xromosom və atanızdan gələn 12-ci xromosom hər iki hüceyrənizin içərisində olacaq. Hər bir xromosom 12 eyni genləri ehtiva edir, adətən eyni yerlərdə, lakin hər bir gen fərqli bir allel ola bilər. Ananızdan 12-ci xromosomda A geni R' alleli, atanızdan 12-ci xromosomda A geni isə allel r ola bilər. İnsanlar kimi növlərdə, X və Y cinsiyyət xromosomları homolog olmasa da (genlərinin əksəriyyəti fərqlidir), onlar X və Y xromosomlarının I profilaktika zamanı cütləşməsinə imkan verən kiçik bir homologiya bölgəsinə malikdirlər. Bu, çox olacaq. Meyoz prosesini izləyərkən homoloji xromosomların nə olduğunu başa düşmək vacibdir.

DNT replikasiyasından əvvəl iki homoloji xromosom göstərilir. Hər bir xromosomda üç gen var yer (xromosomdakı yerlər) qeyd olunur. Homoloji xromosomlar eyni genləri ehtiva edir, lakin eyni deyil. Onların hər biri hər bir genin müxtəlif allellərini ehtiva edə bilər.
Mənbə: http://mrphome.net/mrp/Homologous_Chromosome.html

Unutmayın ki, meyotik M fazası, mitotik M fazası kimi, təkrarlanan, diploid genomla başlayır. Meyotik profilaktikanın erkən mərhələsində DNT ikiqat zəncirinin qırılması (DSBs) - yüzlərlə bunlardan - bütün xromosomlarda bir qədər təsadüfi mövqelərdə hüceyrə tərəfindən qəsdən induksiya olunur. DSB-lərin təmirini sonrakı modulda daha ətraflı müzakirə edəcəyik, lakin onu söyləmək kifayətdir ki, DSB-lər üçün təmir üsullarından biri həmin ardıcıllığın qırılmamış surətini axtarmaqdır, əslində DSB-ni genom vasitəsilə ov edərək, axtarışdadır. itirilmiş məlumat (daha sonra kopyalana bilər). Bir qayda olaraq, G2 hüceyrəsində bu məlumat asanlıqla yeni təkrarlanan bacısına çox yaxın olan bacı xromatidində yerləşir (DNT-nin yavaş diffuziyası və kohezinlərin hərəkətləri sayəsində). Lakin meiozda bacı xromatid təmir üçün şablon kimi xaric edilir, fasiləni öz homoloqu üçün ova getməyə məcbur edir ki, bu da təbii ki, eyni və ya yaxın eyni ardıcıllığı daşıyır. Fasilələr öz homoloji ardıcıllıqlarını tapdıqca, homolog xromosomlar beləcə düzülür. Beləliklə, meioz homologları bir-birini tapmağa və DNT zədələnməsini qəsdən induksiya edərək uyğunlaşdırmağa məcbur etmək üçün mövcud təmir yolundan istifadə edir! Sinaptonemal kompleks adlanan zülal kompleksi homologları bir-birinə sıxışdırır (aşağıdakı şəklə bax). Eyni zamanda, faktiki olaraq bütün qırılmalar, qırılmamış homoloqdan məlumatın surətini çıxarmaqla və sonra bu məlumatdan istifadə edərək, qırılma yerində heç bir məlumat itkisi olmadan qırılmanın hər iki ucunu bir-birinə bağlamaq üçün təmir edilir.

Profaza I-də homoloji xromosomlar sinaps edir. Homoloqlar (bir qırmızı, biri mavi) bir-birinə möhkəm bağlanır və sinaptonemal kompleks adlanan zülal şəbəkəsi ilə düzülür, bacılar isə uzunluqları boyunca kohezinlər tərəfindən bir yerdə tutulur (göstərilmir!). Nəzərə alın ki, xromatin hələ də çox qatılaşdırılmışdır və sinaptonemal kompleksdən çıxan böyük ilmələr əmələ gətirir. Həm də nəzərə alın ki, homologların uyğunlaşmasına kömək edən sinaptonemal kompleks tezliklə yox olacaq - işi tamamlandı.

Yuxarıdakı illüstrasiya ilə bağlı sual: bacı xromatidlərin kinetoxorlarının hər ikisinin eyni istiqamətə yönəldiyini qeyd edin. Yadınızdadırsa, mitozda onların əks istiqamətlərdə üz-üzə qalmasının nə qədər vacib olduğunu müzakirə etdik. Bu niyə vacib idi? Bu diaqramda səhvdir? Cavabınızı müdafiə edin.

Çoxları çağırılır, amma seçilənlər azdır

Qırılmaların çox kiçik bir azlığı - hər bir xromosom qoluna təxminən 1 ədəd - fərqli bir mexanizmlə düzəldilir, burada DSB-nin iki ucu homoloqla birləşməyə səbəb olacaq şəkildə düzəldilir (tam doğru mövqedə), bir-birinə qovuşmaq əvəzinə. Bu "keçmək" kimi mübadilədən sonra vizual olaraq müşahidə edilə bilər chiasmata (tək = chiasma) (aşağıdakı şəklə bax).

Chiasmata olmaq üçün çox az DSB seçilir. Güman edirəm ki, siz "kinetochore" və bəlkə hətta "qardaş (!) xromatidlər" üçün İtalyanca oxuya bilərsiniz. Sinaptonemal kompleks artıq yox olub. Burada göstərilmir, lakin homoloqların ayrılması mexanizmi üçün çox vacib olan faktdır ki, kohezinlər bacı xromatidləri bütün uzunluğu boyunca bir yerdə saxlayırlar. İki bacının bir-birinə yapışdığını düşünün. Homoloji sentromerləri (çəhrayı üçün sentromer və mavi üçün sentromer) bir-birindən uzaqlaşdırsanız nə baş verə bilər?

I profazanın sonunda homoloqlar yalnız xiazmata (aşağıdakı şəkil) bir yerdə tutulur və adlanır. tetradlar çünki hər bir cüt homolog xromosomun dörd bacı xromatidi indi görünür. Bacılar bütün uzunluğu boyunca bir-birlərinə kohezinlərlə bağlıdırlar.

Krossover hadisələri bunlardır birinci meiozun yaratdığı nüvələrdə genetik dəyişkənliyin mənbəyi. Homoloji bacı olmayan xromatidlər arasında tək krossover hadisəsi ana xromosomu və ata xromosomu arasında ekvivalent DNT-nin qarşılıqlı mübadiləsinə səbəb olur. İndi, bu bacı xromatidi bir gamet hüceyrəsinə köçürüldükdə, fərdin bir valideynindən bəzi DNT və digər valideyndən bir qədər DNT daşıyacaq. Rekombinant xromatid krossoverdən əvvəl mövcud olmayan ana və ata genlərinin birləşməsinə malikdir. Xromosomun qolunda çoxlu krossoverlər eyni təsirə malikdir, rekombinant xromosomlar yaratmaq üçün DNT seqmentlərini mübadilə edir.

Krossover homoloji xromosomların bacı olmayan xromatidləri arasında baş verir. Nəticədə homoloji xromosomlar arasında genetik material mübadiləsi baş verir. Bu diaqram homologlar ayrıldıqdan sonra I meiozun sonunda tapılan yeni genetik məzmunu aydınlaşdırır. Bu, keçid prosesinin yaxşı təsviri deyil.

Meyozun I Profazası ilə Mitozun Profazası arasındakı əsas fərqlər nələrdir?

Prometafaza I

Prometafaza I-də əsas hadisə mil lifi mikrotubullarının sentromerlərdə kinetoxor zülallarına bağlanmasıdır. Kinetoxor zülalları xromosomun sentromerlərini mitotik milin mikrotubullarına bağlayan multiprotein kompleksləridir. Mikrotubullar hüceyrənin əks qütblərində yerləşdirilmiş sentrosomlardan böyüyür. Mikrotubullar hüceyrənin ortasına doğru hərəkət edir və birləşmiş iki homoloji xromosomdan birinə bağlanır. Mikrotubullar hər bir xromosomun kinetokorlarına bağlanır. Homoloji cütün hər bir üzvü hüceyrənin əks qütblərinə bağlandıqda, növbəti mərhələdə mikrotubullar homoloji cütü bir-birindən ayıra bilir. Kinetokora bağlanmış mil lifinə kinetokor mikrotubulu deyilir. I prometafazanın sonunda hər tetrad hər iki qütbdən mikrotubullara birləşir, hər qütbün qarşısında bir homoloji xromosom olur. Homoloji xromosomlar hələ də xiazmada bir yerdə saxlanılır. Bundan əlavə, nüvə membranı tamamilə parçalanıb.

I metafaza

I metafaza zamanı homoloji xromosomlar hüceyrənin mərkəzində kinetoxorlar əks qütblərə baxaraq düzülür. Homoloji cütlər ekvatorda təsadüfi orientasiya edirlər. Məsələn, 1-ci xromosomun iki homoloji üzvü a və b ilə işarələnirsə, o zaman xromosomlar a-b və ya b-a düzülə bilər. Bu, gamet tərəfindən daşınan genlərin müəyyən edilməsində vacibdir, çünki hər biri yalnız iki homoloji xromosomdan birini alacaq. Buna deyilir Müstəqil çeşid. Xatırladaq ki, homoloji xromosomlar eyni deyil, onların genetik məlumatlarında cüzi fərqlər var ki, bu da hər gametin özünəməxsus genetik quruluşa malik olmasına səbəb olur.

Bu təsadüfiliyin yaradılması üçün fiziki əsasdır ikinci nəsillərdə genetik variasiya forması. Nəzərə alın ki, cinsi yolla çoxalmış orqanizmin homoloji xromosomları əvvəlcə hər bir valideyndən bir olmaqla iki ayrı dəst kimi miras alınır. Nümunə olaraq insanlardan istifadə edərək, ananın bağışladığı yumurtada 23 xromosomdan ibarət bir dəst var. Ata yumurtanı mayalandıran spermada 23 xromosomun digər dəstini təmin edir. Çoxhüceyrəli nəslin hər bir hüceyrəsi orijinal iki homoloji xromosom dəstinin surətlərinə malikdir. Meyozun I profilaktikasında homoloji xromosomlar tetradları əmələ gətirir. I metafazada bu cütlər hüceyrənin iki qütbü arasında orta nöqtədə düzülür və metafaza lövhəsini əmələ gətirir. Mikrotubul lifinin ana və ya ata tərəfindən irsi xromosomla qarşılaşması şansı bərabər olduğundan, metafaza lövhəsində tetradların düzülüşü təsadüfi olur. Anadan miras qalan hər hansı bir xromosom hər iki qütblə üzləşə bilər. Atadan miras qalan hər hansı bir xromosom da hər iki qütblə üzləşə bilər. Hər bir tetradın oriyentasiyası digər 22 tetradın oriyentasiyasından asılı deyil. Metafaza lövhəsində oriyentasiya üçün iki imkan var, mümkün hizalanmaların sayı 2-yə bərabərdir.n, harada n dəst başına xromosomların sayıdır. İnsanlarda 23 cüt xromosom var ki, bu da səkkiz milyondan çox (2 23 ) mümkün genetik cəhətdən fərqli gametlər. Bu rəqəmə əvvəllər krossover yolu ilə bacı xromatidlərdə yaradılmış dəyişkənlik daxil deyil. Bu iki mexanizmi nəzərə alsaq, meioz nəticəsində yaranan hər hansı iki haploid hüceyrənin eyni genetik tərkibə malik olması ehtimalı çox azdır (aşağıdakı şəklə bax). Və bu, hətta keçid yolu ilə yaranan ilk dəyişikliyi nəzərə almadan belədir!

Hüceyrə homologların əks istiqamətə yönəldilməsini necə təmin edir?

Mitozdan xatırlaya bilərsiniz ki, kinetoxorlar bacıları kohezinlərlə birlikdə tutaraq və sonra kinetoxorları çəkərək əks qütblərə yönəldilmişdir. Əgər hər bir bacının kinetoxoru fərqli istiqamətə yönəldilibsə və bu, hər bir xromosom üçün doğrudursa, hüceyrə hər bir kinetokorada gərginliyin olduğunu müəyyən edə biləcək - heç biri "rahatlanmır". Bu "rahatlanmış" siqnalın olmaması kohezinlərin parçalanmasına səbəb olacaq və xromatidlər indi ayrılıb əks qütblərə doğru irəliləyə bilər.

Meyozda hüceyrə yalnız bacıları bir-birinə yapışdırmadı, həm də homologları bir neçə nöqtədə xiazmanın meydana gəlməsi ilə kovalent şəkildə bir-birinə bağladı. Hər birinin sentromerləri olduqda homolog əks istiqamətlərə yönəldilir və kinetoxorların motor zülalları mikrotubullar boyunca sürünməyə çalışır, gərginlik yaranacaq. Bütün kinetoxorlar gərginliyə məruz qaldıqda, xromosomda kohezinlər mövcuddur silah homoloji sentromerlərin ayrılmasına imkan verən parçalanacaq. Sentromerə çox yaxın olan kohezinlər meyoz II metafazasında bacı kinetoxorlar arasında gərginliyin qurulmasında istifadə üçün qalacaqlar.

I meyozun genetik nəticələrini ümumiləşdirmək üçün ana və ata genləri I profilaktika zamanı hər bir homoloji cüt arasında baş verən krossover hadisələrlə rekombinasiya olunur. Bundan əlavə, metafaza lövhəsində tetradların təsadüfi çeşidi ana və ata xromosomlarının unikal birləşməsini yaradır. bu, gametlərə daxil olacaq.

I metafaza zamanı təsadüfi, müstəqil çeşid yalnız iki xromosom dəsti (n = 2) olan sadə bir hüceyrəni nəzərdən keçirməklə nümayiş etdirilə bilər. Bu halda, metafaza I-də ekvator müstəvisində iki mümkün tənzimləmə mövcuddur. Müxtəlif gametlərin ümumi mümkün sayı 2 n-dir, burada n dəstdəki xromosomların sayına bərabərdir. Bu nümunədə gametlər üçün dörd mümkün genetik birləşmə var. İnsan hüceyrələrində n = 23 ilə ata və ana xromosomlarının 8 milyondan çox mümkün kombinasiyası mövcuddur. Qeyd edək ki, bu rəqəmə və bu müzakirəyə keçidin yaratdığı müxtəliflik daxil deyil.

Anafaza I

Anafaza I xromosom qollarının uzunluğu boyunca kohezinlərin parçalanması ilə tetiklenir. Kinetoxor motor zülalları indi mil boyunca sərbəst gəzir və homoloji xromosomları bir-birindən ayırır. İş mili özü irəliləyən kinetoxorların arxasına düşür. Bacı sentromerlər sentromerdəki kohezinlər vasitəsilə bir-birinə sıx bağlıdırlar.

Mitozun Anafazası ilə müqayisədə Meyozun I Anafazasında hansı əsas fərq baş verir?

Telofaz I və Sitokinez

Telofazada ayrılmış xromosomlar əks qütblərə çatır. Tipik telofaza hadisələrinin qalan hissəsi növdən asılı olaraq baş verə bilər və ya olmaya bilər. Bəzi orqanizmlərdə telofaza I-də xromosomlar dekondensləşir və nüvə zərfləri xromosomların ətrafında əmələ gəlir. Digər orqanizmlərdə sitokinez və sitoplazma komponentlərinin fiziki olaraq iki qız hüceyrəyə ayrılması və nüvələrin reformasiyası olmadan baş verir (nəzərə alsaq ki, xromosomların başqa bir dövrəsinin miqrasiyasının təxminən baş verdiyini nəzərə alsaq). (Mitoz II) Nüvə membranının islah olunmaması müəyyən məna kəsb edir.Demək olar ki, bütün heyvan növlərində və bəzi göbələklərdə sitokinez hüceyrə tərkibini parçalanma şırımının (sitoplazmik bölünməyə səbəb olan aktin halqasının daralması) vasitəsilə ayırır. Meyoz I. Bitkilərdə növdən asılı olaraq bu mərhələdə sitokinez baş verə bilər və ya olmaya da bilər.Məşhur bitki modeli sistemi olan Arabidopsisdə Meiosis II tamamlanana qədər sitokinez baş vermir.

İki haploid hüceyrə birinci meyotik bölünmənin son nəticəsidir. Hüceyrələr haploiddir, çünki hər qütbdə hər xromosom üçün yalnız bir homoloq var. Hər bir homoloq hələ də iki bacı xromatiddən ibarətdir. Yada salaq ki, bacı xromatidlər demək olar ki, dublikatdır- unutmayın ki, keçid zamanı baş verən mübadilələr səbəbindən homologlardan birindən məlumatı qolları boyunca daşıya bilərlər və bu krossover mövqeləri hər bir bacı üçün fərqli olacaq.

Meioz II

Meiosis II-də bu iki bacı xromatid ayrılacaq. Beləliklə, I və II meiozun xalis nəticəsi yalnız 1 xromatidi olan xromosomları olan 4 haploid hüceyrə olacaq.

I meyozda əmələ gələn iki hüceyrə meyoz II hadisələrini sinxron şəkildə keçir. Meioz II zamanı iki qız hüceyrənin içərisindəki bacı xromatidlər ayrılaraq cəmi dörd yeni haploid gameti əmələ gətirir. II meiozun mexanikası mitoza bənzəyir.

Profaza II

I telofazada xromosomlar dekondensasiya olunarsa, yenidən kondensasiya olunur. Nüvə zərfləri əmələ gəlmişsə, onlar veziküllərə parçalanırlar. Meiosis I və II arasında təkrarlanan sentrosomlar bir-birindən əks qütblərə doğru hərəkət edir və yeni millər əmələ gəlir.

Prometafaza II

Nüvə zərfləri indi tamamilə parçalanıb və mil tam formalaşıb. Hər bir bacı xromatidin kinetokoru mikrotubullara yapışır.

Metafaza II

Qardaş xromatidlər maksimum qatılaşdırılmış və hüceyrənin ekvatorunda düzülmüşdür. Kohezinlər kinetoxorların bir-birindən ayrılmasının qarşısını alır, gərginlik yaradır və hüceyrəyə kinetoxorların hər bir xromosom üçün düzgün şəkildə düzüldüyünü bildirir.

Anafaza II

Bacı xromatidlər kinetoxor mikrotubulları tərəfindən ayrılır və əks qütblərə doğru hərəkət edirlər. Kinetoxor olmayan mikrotubullar hüceyrəni uzadır.

Xromosomların düzülməsi prosesi meiosis I və meiosis II arasında fərqlənir. Prometafaza I-də mikrotubullar homoloji xromosomların birləşmiş kinetoxorlarına birləşir və homolog xromosomlar I metafazada hüceyrənin orta nöqtəsində düzülür. Anafaza I-də homoloji xromosomlar ayrılır. II prometafazada mikrotubullar bacı xromatidlərin kinetoxorlarına birləşir və bacı xromatidlər II metafazada hüceyrələrin orta nöqtəsində düzülür. II anafazada bacı xromatidlər ayrılır.

Telofaz II və Sitokinez

Xromosomlar əks qütblərə çatır və dekondensasiyaya başlayır. Xromosomların ətrafında nüvə zərfləri əmələ gəlir. Sitokinez iki hüceyrəni dörd unikal haploid hüceyrəyə ayırır. Bu anda yeni yaranan nüvələrin hər ikisi haploiddir. İstehsal edilən hüceyrələr ata və ana homoloqlarının təsadüfi çeşidlənməsi və krossinq-over zamanı baş verən xromosomların ana və ata seqmentlərinin (onların gen dəstləri ilə) rekombinasiyası səbəbindən genetik cəhətdən unikaldır. Meyozun bütün prosesi aşağıdakı şəkildə təsvir edilmişdir.

Diploid sayı dörd (2n = 4) olan bir heyvan hüceyrəsi dörd haploid qız hüceyrəsi meydana gətirmək üçün meioz mərhələlərini keçir.

Mitoz və Meiozun müqayisəsi

Mitoz və meioz eukaryotik hüceyrələrdə nüvənin bölünməsinin hər iki formasıdır. Bəzi oxşarlıqları bölüşürlər, eyni zamanda çox fərqli nəticələrə səbəb olan fərqli fərqlər nümayiş etdirirlər. Mitoz, adətən iki yeni hüceyrəyə bölünən iki nüvə ilə nəticələnən tək nüvə bölünməsidir. Mitotik bölünmə nəticəsində yaranan nüvələr genetik olaraq orijinal nüvə ilə eynidir. Onlar eyni sayda xromosom dəstinə malikdirlər, haploid hüceyrələr vəziyyətində bir dəst və diploid hüceyrələr vəziyyətində iki dəst. Əksər bitkilərdə və bütün heyvan növlərində yeni diploid hüceyrələr yaratmaq üçün mitoz keçirən diploid hüceyrələrdir. Bunun əksinə olaraq, meiosis adətən dörd yeni hüceyrəyə bölünən dörd nüvə ilə nəticələnən iki nüvə bölməsindən ibarətdir. Meyoz nəticəsində yaranan nüvələr genetik olaraq eyni deyil və onlar yalnız bir xromosom dəstindən ibarətdir. Bu, diploid olan orijinal hüceyrədəki xromosom dəstlərinin sayının yarısıdır.

Mitoz və meioz arasındakı əsas fərqlər mitozdan çox fərqli bir nüvə bölünməsi olan meiosis I-də baş verir. I meyozda homoloji xromosom cütləri bir-biri ilə əlaqələndirilir, sinaptonemal komplekslə birləşir, xiazma inkişaf edir və bacı xromatidlər arasında krossover keçir və metafaza lövhəsi boyunca hər birinə birləşmiş əks milli qütblərdən kinetoxor lifləri ilə tetrada düzülür. tetrada homoloqun kinetokoru. Bütün bu hadisələr yalnız I mayozda baş verir.

Chiasmata həll edildikdə və tetrad homoloqların bu və ya digər qütblərə keçməsi ilə parçalandıqda, ploidlik səviyyəsi və hər bir gələcək nüvədə xromosom dəstlərinin sayı və mdash ikidən birə endirilir. Bu səbəbdən meioz I a olaraq adlandırılır azaldılması bölgüsü. Mitoz zamanı ploidlik səviyyəsində belə bir azalma yoxdur.

Meiosis II mitotik bölünməyə daha çox bənzəyir. Bu vəziyyətdə, təkrarlanan xromosomlar (onlardan yalnız bir dəst) əks qütblərdən kinetoxor liflərinə birləşdirilmiş bölünmüş kinetoxorlarla metafaza lövhəsində düzülür. Anafaza II zamanı, mitotik anafazada olduğu kimi, kinetoxorlar bölünür və bir bacı xromatid&mdashnow xromosom kimi istinad edilir&mdashis bir qütbə, digər bacı xromatidi isə digər qütbə çəkilir. Əgər çarpazlaşma olmasaydı, hər bir fərdi meyoz II bölünməsinin iki məhsulu eyni olardı (mitozda olduğu kimi). Bunun əvəzinə, onlar fərqlidirlər, çünki hər bir xromosomda hər zaman ən azı bir krossover olmuşdur. Meiosis II reduksiya bölünməsi deyil, çünki meydana gələn hüceyrələrdə genomun daha az nüsxəsi olsa da, I meyozun sonunda olduğu kimi hələ də bir xromosom dəsti var.

Meiosis və mitozun hər ikisi DNT replikasiyasının bir dövrəsindən əvvəl olur, lakin meioz iki nüvə bölməsini əhatə edir. Meioz nəticəsində yaranan dörd qız hüceyrəsi haploid və genetik cəhətdən fərqlidir. Mitoz nəticəsində yaranan qız hüceyrələr diploiddir və ana hüceyrə ilə eynidir.

Meiozun təkamülünün sirri

Meyoz o qədər qeyri-adi dərəcədə mürəkkəb hüceyrə hadisələridir ki, bioloqlar onun necə inkişaf etdiyini fərz etməkdə və sınaqdan keçirməkdə çətinlik çəkmişlər. Meyoz cinsi çoxalma və onun üstünlükləri və mənfi cəhətləri ilə ayrılmaz şəkildə əlaqəli olsa da, meiozun təkamülü və cinsiyyətin təkamülü suallarını bir-birindən ayırmaq vacibdir, çünki erkən meyoz indi olduğundan fərqli səbəblərə görə faydalı ola bilər. Qutudan kənarda düşünmək və meyozun ilkin faydalarının nə ola biləcəyini təsəvvür etmək onun necə inkişaf etdiyini aşkara çıxarmaq üçün bir yanaşmadır.

Meioz və mitoz aşkar hüceyrə proseslərini bölüşür və meiozun mitozdan təkamül etməsi məntiqlidir. Çətinlik meyoz I və mitoz arasındakı aydın fərqlərdədir. Adam Wilkins və Robin Holliday 2 mitozdan meiozun təkamülü üçün baş verməli olan unikal hadisələri ümumiləşdirdi. Bu addımlar homoloji xromosom cütləşməsi, krossover mübadiləsi, anafaza zamanı bağlı qalan bacı xromatidlər və interfazada DNT replikasiyasının yatırılmasıdır. Onlar iddia edirlər ki, ilk addım ən çətin və ən vacib addımdır və onun necə inkişaf etdiyini başa düşmək təkamül prosesini daha aydın göstərəcək. Onlar sinapsisin təkamülünə işıq sala biləcək genetik təcrübələr təklif edirlər.

Davam edən meiozun təkamülünü başa düşmək üçün başqa yanaşmalar da var. Təkhüceyrəli protistlərdə meyozun müxtəlif formaları mövcuddur. Bəziləri meiozun daha sadə və ya daha çox &ldquprimitiv&rdquo formaları kimi görünür. Fərqli protistlərin mayoz bölünmələrini müqayisə etmək meiozun təkamülünə işıq sala bilər. Marilee Ramesh və həmkarları 3, meyozun nə vaxt və harada inkişaf etdiyini başa düşmək üçün protistlərdə mayozda iştirak edən genləri müqayisə etdilər. Tədqiqatlar hələ də davam etsə də, protistlərdə meiozla bağlı son tədqiqatlar göstərir ki, meyozun bəzi aspektləri digərlərindən daha gec inkişaf etmiş ola bilər. Bu cür genetik müqayisə bizə mayozun hansı aspektlərinin ən qədim olduğunu və əvvəlki hüceyrələrdə hansı hüceyrə proseslərini götürə biləcəyini söyləyə bilər.

Hüceyrə bölünməsinin mayoz prosesini mitoz prosesi ilə müqayisə etmək üçün bu interaktiv animasiyanın addımlarına klikləyin: Hüceyrələrin necə bölünməsi.


Y xromosomunun təkamül tarixi

Təxminən 310 milyon il əvvəl bildiyimiz kimi Y xromosomu yox idi. O dövrdə məməlilər sürünənlər və quşlarla ümumi əcdadlarından təkamül edərkən, indi X və Y xromosomları indiki X xromosomuna bənzər bir cüt autosom idi. Bu əcdadlarda cinsiyyət, ehtimal ki, bu gün bir çox sürünənlərdə olduğu kimi, yumurtanın inkubasiya edildiyi temperaturla müəyyən edilmişdir. Bu, yalnız ektotermlərdə, sabit bədən istiliyini saxlamayan heyvanlarda baş verə bilər. Əks halda, uzunmüddətli reproduktiv müvəffəqiyyət üçün əlverişli bir vəziyyət deyil, yalnız kişilər və ya yalnız dişilər istehsal ediləcəkdir.

165 ilə 310 milyon il əvvəl arasında SRY (cinsi təyin edən Y bölgəsi) məməlilərin əcdad nəsillərində təkamül keçirdi. SRY, məməlilərin Y xromosomunda orqanizmin kişi olacağını təyin edən gendir. SRY təkamül etdikdən sonra, həm kişilər, həm də qadınlar eyni temperaturda inkişaf edə bildiyi üçün endotermi də inkişaf edə bilər. Quşlarda xromosom əsasında ZW cinsinin təyininin təkamülü onlara endotermiyanı və onunla əlaqəli xüsusiyyətlərini - keratindən (lələk və ya xəzdən) hazırlanmış izolyasiya edilmiş dəri örtüyü və dörd kameralı ürəyi müstəqil şəkildə inkişaf etdirməyə imkan verdi.

X və Y-nin bir vaxtlar bir cüt autosom olduğuna dair əlavə sübutlar insan X və toyuq autosomlarının DNT ardıcıllığından gəlir (Ross et al., 2005). Şəkil 2, insan X xromosomunu toyuqun ##1 və ##4 xromosomlarının hissələri ilə müqayisə edən nöqtə sxemini göstərir. İnsan Xp (qısa qol) toyuq №1 xromosomunun bir hissəsi ilə demək olar ki, eynidir, insan Xq isə (uzun qol) 4 nömrəli toyuq xromosomunun hissələri ilə böyük oxşarlıqlara malikdir. Məməlilərdə X və Y halına gələn autosom toyuqlarda autosom kimi yaşayır.

Bu dotter süjeti insan X xromosomunu toyuqun ##1 və ##4 xromosomlarının hissələri ilə müqayisə edir. İnsanın X xromosomu üfüqidir. Soldakı insan Xp ilə toyuq №1 hissəsi və sağdakı insan Xq ilə №4 toyuq hissələri arasında oxşarlıqlara diqqət yetirin. İki DNT molekulunun nukleotid ardıcıllığını müqayisə edən bir proqram tərəfindən nöqtə planı yaradılır. Ardıcıllıqların eyni olduğu yerdə qrafikə nöqtə qoyur. İki eyni xromosomu müqayisə etsəniz, qrafikin yuxarı sol küncündən aşağı sağ küncə gedən düz bir xətt əldə edərdiniz. İki DNT molekulu oxşardır, lakin eyni deyilsə, çox fərqlidirsə, nöqtəli bir xətt alırsınız, heç bir xətt yoxdur. Ardıcıllıqlar nə qədər oxşardırsa, nöqtəli xətt bir o qədər qaranlıq olur. (Macmillan Publishers Ltd-nin icazəsi ilə uyğunlaşdırılmışdır: Ross et al., 2005.)

Bu dotter süjeti insan X xromosomunu toyuqun ##1 və ##4 xromosomlarının hissələri ilə müqayisə edir. İnsanın X xromosomu üfüqidir. Soldakı insan Xp ilə toyuq №1 hissəsi və sağdakı insan Xq ilə №4 toyuq hissələri arasında oxşarlıqlara diqqət yetirin. İki DNT molekulunun nukleotid ardıcıllığını müqayisə edən bir proqram tərəfindən nöqtə planı yaradılır. Ardıcıllıqların eyni olduğu yerdə qrafikə nöqtə qoyur. İki eyni xromosomu müqayisə etsəniz, qrafikin yuxarı sol küncündən aşağı sağ küncə gedən düz bir xətt əldə edərdiniz. İki DNT molekulu oxşardır, lakin eyni deyilsə, çox fərqlidirsə, nöqtəli bir xətt alırsınız, heç bir xətt yoxdur. Ardıcıllıqlar nə qədər oxşardırsa, nöqtəli xətt bir o qədər qaranlıq olur. (Macmillan Publishers Ltd-nin icazəsi ilə uyğunlaşdırılmışdır: Ross et al., 2005.)

SRY-nin təkamülündən sonra, Y xromosomunda böyük bir inversiya baş verənə qədər X və Y çox oxşar olmağa davam etdi. Bu nöqtədə, bu inversiyanın bütün uzunluğu boyunca X və Y arasında heç bir rekombinasiya ola bilməz. Y xromosomuna əlavə dəyişikliklər onun X ilə rekombinasiya qabiliyyətini daha da inhibə etdi. DNT-nin bu uzantısındakı genlər X xromosomunda saxlanıla bilərdi, çünki X xromosomları qadınlarda olduqda rekombinasiya olunur. Lakin Y-dəki bu genlər heç vaxt rekombinasiya oluna bilmədiyi üçün onların 1000-dən çoxu itib. Qırmızı və yaşıl konus zülalları (rəng korluğu) və VIII və IX faktorları (hemofiliya) kimi bu genlər və onlarla əlaqəli "cinslə əlaqəli əlamətlər" X xromosomunda olur, lakin Y-də deyil və ehtimal ki, orijinal autosom cütü üzərində. Kiçik psevdoautosomal bölgələr insanlarda X və Y xromosomlarının hər iki ucunda, digər məməlilərdə isə bir ucunda mövcuddur. Burada X və Y homolog qalır, rekombinasiya edir və meyoz zamanı cütləşir. Rekombinasiya etməyən Y xromosomunun niyə seçildiyini soruşa bilərsiniz. Çox güman ki, X ilə kəsişməmək üstünlükdür, ona görə də SRY müntəzəm olaraq X xromosomuna keçmir. Meyoz zamanı hər bir xromosomda orta hesabla iki-üç krossover olduğu üçün bu, çox real narahatlıq doğurur.

İnsan Y-də 76 protein kodlaşdıran gen var, onlar 26 fərqli zülal üçün kodlaşdırırlar, çünki bir neçə gen eyni proteini kodlayır. Bu genlər demək olar ki, yalnız kişi məhsuldarlığı ilə əlaqədardır: onlarda delesiya olan kişilərdə sonsuzluqdan başqa heç bir sağlamlıq problemi yoxdur. These genes have probably migrated to the Y chromosome from various autosomes in the last few hundred million years. Since these genes do not recombine, how are they preserved over evolutionary time?


MSCI: a consequence of synaptic failure

Over recent years it has become apparent that MSCI is in fact a manifestation of MSUC, a more general meiotic-silencing mechanism(Schimenti, 2005) (see Table 1). In meiotic cells,homologues synapse via a proteinaceous scaffold called the synaptonemal complex (SC). The SC consists of two axial elements, which form during leptotene between the sister chromatids, and of a central component, which forms as synapsis takes place (de Boer and Heyting, 2006). Meiotic DNA is arranged in loops that attach at their base to these axial elements (see Fig. 2C). As the X and Y chromosomes only synapse via a homologous distal segment, such that much of the X and Y axial elements are unsynapsed during pachytene, the proteins involved in MSCI might be expected to localise to the chromatin of the arms of the DNA loops, surrounding the axial element, where most genes reside. Indeed,this is exactly where γH2AX is found(Turner et al., 2004). However, prior to MSCI initiation, both BRCA1 and ATR associate exclusively with the axial element of the X and Y chromosomes(Turner et al., 2004)(Fig. 2C). Shortly after, ATR translocates from the axial element to the chromatin loops, concomitant with the appearance of γH2AX at those sites(Fig. 2D). Based on the association of BRCA1 and ATR with the unsynapsed X and Y chromosome axial element, and on their absence from the distal regions of synapsed sex chromosomes, it was proposed that MSCI and a lack of synapsis were intimately linked (Turner et al., 2004). It became apparent that BRCA1 and ATR were recognizing the axial elements of the X and Y chromosomes simply because they were unsynapsed, rather than because of some special feature of these chromosomes.

Schematic representation of MSCI. (A) During leptotene,widespread ATM-dependent H2AX phosphorylation occurs in response to meiotic-DNA DSB formation. BRCA1 and ATR form foci on newly forming axial element (AEs). (B) During zygotene, synapsis coincides with the loss of BRCA1, ATR and γH2AX from autosomal AEs. BRCA1, ATR and γH2AX remain as foci on the AEs of autosomes that have not yet synapsed and on the AE of the X chromosome. (C) Zygotene-pachytene transition. Autosomal synapsis is complete and recombination-related γH2AX disappears. BRCA1-and ATR-staining becomes linear on the X and Y AEs. Meiotic DNA is arranged in loops attached at their bases to the AEs. (D) Early pachytene. ATR translocates along DNA loops, where it phosphorylates H2AX, resulting in MSCI and in the formation of the sex body. (E) Mid-to-late pachytene. Other histone modifications [e.g. the production of H3K9me2, uH2A and histone variants (e.g. H2AFY)] ensure the maintenance of MSCI. (F)Diplotene-to-diakinesis. The X and Y chromosomes migrate to the centre of the nucleus. BRCA1, ATR and γH2AX are lost from the X and Y chromosomes, but the other modifications remain. These modifications ensure the maintenance of MSCI throughout the meiotic divisions (G) and into spermatids(H), and is termed post-meiotic sex chromosome repression (PSCR).

Schematic representation of MSCI. (A) During leptotene,widespread ATM-dependent H2AX phosphorylation occurs in response to meiotic-DNA DSB formation. BRCA1 and ATR form foci on newly forming axial element (AEs). (B) During zygotene, synapsis coincides with the loss of BRCA1, ATR and γH2AX from autosomal AEs. BRCA1, ATR and γH2AX remain as foci on the AEs of autosomes that have not yet synapsed and on the AE of the X chromosome. (C) Zygotene-pachytene transition. Autosomal synapsis is complete and recombination-related γH2AX disappears. BRCA1-and ATR-staining becomes linear on the X and Y AEs. Meiotic DNA is arranged in loops attached at their bases to the AEs. (D) Early pachytene. ATR translocates along DNA loops, where it phosphorylates H2AX, resulting in MSCI and in the formation of the sex body. (E) Mid-to-late pachytene. Other histone modifications [e.g. the production of H3K9me2, uH2A and histone variants (e.g. H2AFY)] ensure the maintenance of MSCI. (F)Diplotene-to-diakinesis. The X and Y chromosomes migrate to the centre of the nucleus. BRCA1, ATR and γH2AX are lost from the X and Y chromosomes, but the other modifications remain. These modifications ensure the maintenance of MSCI throughout the meiotic divisions (G) and into spermatids(H), and is termed post-meiotic sex chromosome repression (PSCR).

Turner et al. (Turner et al.,2005) questioned whether unsynapsed autosomes would also attract BRCA1, and whether this would ultimately lead to autosomal silencing. Using T(X16)16H male mice, in which an X-16 reciprocal translocation frequently results in errors in chromosome 16 synapsis, it was demonstrated that regions of unsynapsed chromosome 16 were indeed positive for BRCA1, ATR andγH2AX and were silenced (Turner et al., 2005). Baarends et al.(Baarends et al., 2005) also reported similar findings in mice that contained a translocation between chromosome 1 and 13, using uH2A as a marker of silencing. Both authors then studied the localization of MSCI proteins in the XO female mouse(Speed, 1986). These mice have only one X chromosome instead of two, and the single X chromosome has no homologous partner with which to synapse during meiosis. Both studies found that the unsynapsed chromosomes were also silenced during female meiosis. In a later study, Turner et al. (Turner et al.,2006) tested whether MSCI could be prevented by providing the normally unsynapsed X or Y chromosome with a synaptic partner. This proved to be the case. For example, in XYY mice, in which the Y chromosome is provided with an additional Y chromosome, fully synapsed YY bivalents were negative forγH2AX and evaded MSCI. These results are summarized in Fig. 3B,C,E.

Meiotic sterility caused by MSUC and by MSCI failure. (A) In normal (XY) males, silencing of the single X chromosome by MSCI is tolerated because essential X-encoded genes have autosomally integrated retrogene copies that are expressed during the precise time-window of MSCI-to-PSCR. (B)When autosomes fail to synapse, they are also silenced by MSUC. If unsynapsed autosomal segments contain a gene or genes crucial for meiosis, those genes will be silenced, causing meiotic arrest. (C) Allowing either the X or Y chromosome to synapse, as seen in XYY males, allows MSCI escape, with the ensuing expression of sex-linked genes causing meiotic arrest. (D) In XX females, all chromosomes have homologues and are thus completely synapsed.(E) In the XO female mouse, the single X chromosome has no synaptic partner and is therefore silenced by MSUC. Because no autosomal retrogenes are activated in the female gonad, these XO oocytes perish. (F) In approximately one-third of XO oocytes, the single X chromosome circumvents MSUC by synapsing non-homologously either with itself, to form a hairpin, or with other chromosomes.

Meiotic sterility caused by MSUC and by MSCI failure. (A) In normal (XY) males, silencing of the single X chromosome by MSCI is tolerated because essential X-encoded genes have autosomally integrated retrogene copies that are expressed during the precise time-window of MSCI-to-PSCR. (B)When autosomes fail to synapse, they are also silenced by MSUC. If unsynapsed autosomal segments contain a gene or genes crucial for meiosis, those genes will be silenced, causing meiotic arrest. (C) Allowing either the X or Y chromosome to synapse, as seen in XYY males, allows MSCI escape, with the ensuing expression of sex-linked genes causing meiotic arrest. (D) In XX females, all chromosomes have homologues and are thus completely synapsed.(E) In the XO female mouse, the single X chromosome has no synaptic partner and is therefore silenced by MSUC. Because no autosomal retrogenes are activated in the female gonad, these XO oocytes perish. (F) In approximately one-third of XO oocytes, the single X chromosome circumvents MSUC by synapsing non-homologously either with itself, to form a hairpin, or with other chromosomes.

Taken together, these findings demonstrate that unsynapsed chromosome regions are silenced during meiosis. Related meiotic-silencing mechanisms have previously been shown to operate in both Caenorhabditis elegans(Bean et al., 2004) and Neyrospora crassa (Shiu et al.,2001), in which they may function in genome defence(Shiu et al., 2001). In C. elegans, the single X chromosome of male meiotic cells is enriched in H3K9me2, and, when autosomes fail to synapse, they acquire the same repressive histone mark (Bean et al.,2004). In Neyrospora, DNA that is unsynapsed during meiosis is silenced but, in contrast to the situation in mammals(Okamoto et al., 2005), this silencing affects all homologous DNA sequences, whether those sequences are synapsed or not. For this reason, meiotic silencing in Neyrospora has been termed meiotic silencing by unpaired DNA (MSUD) (see Table 1). MSUD is thought to function post-transcriptionally, because it uses components of the RNAi pathway, including the RNA-dependent RNA polymerase (RdRP) sad-1(suppressor of ascus dominance 1)(Shiu et al., 2001) and the argonaute-like protein Sms-2 (suppressor of meiotic silencing 2)(Lee et al., 2003). RdRPs function in RNAi by converting single-stranded RNA precursors into double-stranded RNA, which are then cleaved by Dicer to form short interfering RNAs (siRNAs). These small RNA molecules induce destruction of homologous mRNA via an argonaute-containing protein complex RISC (RNA-induced silencing complex) (Dawe, 2004). The data of Turner et al. (Turner et al.,2005) and Baarends et al.(Baarends et al., 2005)indicate that MSUC operates at the transcriptional level, but this does not preclude the possibility that RNAi is involved, because the core RNAi machinery can silence genes at the transcriptional level(Grewal and Jia, 2007). Indeed, a recent study has found that maelstrom (MAEL), whose Drosophila orthologue is implicated in RNAi(Findley et al., 2003),localises to the sex body (Costa et al.,2006).

A curious unanswered question is why does MSUC/MSCI use proteins involved in DSB repair? As already outlined, in mammals, meiotic DNA-DSB formation precedes synapsis (see Box 1). When synapsis fails, the resulting unsynapsed chromosome axes are replete with unrepaired DNA DSBs. Could it be that unsynapsed axes are recognized as such through the presence of BRCA1-bound DSBs, which act as nucleation centres for the later MSUC response? Two studies have found that mice with a mutation in Spo11, which encodes an enzyme responsible for meiotic DSB formation, have defective MSCI, indicating a requirement for DSBs in meiotic silencing(Bellani et al., 2005 Barchi et al., 2005). However,other data suggests that meiotic DSBs actually antagonize the MSCI response,possibly by sequestering the MSCI machinery and thereby preventing its relocation to the XY bivalent (Barchi et al., 2005 de Vries et al.,2005).


Sex Chromosomes and Meiosis

While there are several different systems for sex determination, for simplicity's sake we will focus on the X-Y system of sex determination to examine sex-linked inheritance. During meiosis, the two X chromosomes (found in females) or the XY chromosomes (found in males) pair together but undergo little crossing over. One of these chromosomes goes to each gamete, so females produce gametes with only X chromosomes, whereas males produce equal numbers of gametes with either an X və ya Y chromosome. If two gametes with X chromosomes undergo fertilization, the resultant offspring will be female (XX). That is, if an ovum with an X chromosome and a sperm with an X chromosome combine, the resultant offspring will be female. However, if an ovum with an X chromosome and a sperm with a Y chromosome combine, the offspring will be male (XY). While it has long been known that the X chromosome contains a substantial number of genes, researchers have only recently found genes on the Y chromosome, most of which are associated with the development of male gonads. Therefore, it appears that a gene (or genes) on the Y chromosome provides the biochemical signal that begins the development of male gonads in embryos.


Sperm Are Produced Continuously in Most Mammals

In mammals, there are major differences in the way in which eggs are produced (oogenesis) and the way in which sperm are produced (spermatogenesis). In human females, for example, oogonia proliferate only in the fetus, enter meiosis before birth, and become arrested as oocytes in the first meiotic prophase, in which state they may remain for up to 50 years. Individual oocytes mature from this strictly limited stock and are ovulated at intervals, generally one at a time, beginning at puberty. In human males, by contrast, meiosis and spermatogenesis do not begin in the testes until puberty and then go on continuously in the epithelial lining of very long, tightly coiled tubes, called seminiferous tubules. Immature germ cells, called spermatoqoniya (singular, spermatogonium), are located around the outer edge of these tubes next to the basal lamina, where they proliferate continuously by mitosis. Some of the daughter cells stop proliferating and differentiate into primary spermatocytes. These cells enter the first meiotic prophase, in which their paired homologous chromosomes participate in crossing-over, and then proceed with division I of meiosis to produce two secondary spermatocytes, each containing 22 duplicated autosomal chromosomes and either a duplicated X or a duplicated Y chromosome. The two secondary spermatocytes derived from each primary spermatocyte proceed through meiotic division II to produce four spermatids, each with a haploid number of single chromosomes. These haploid spermatids then undergo morphological differentiation into sperm (Figure 20-27), which escape into the lumen of the seminiferous tubule (Figure 20-28). The sperm subsequently pass into the epididymis, a coiled tube overlying the testis, where they undergo further maturation and are stored.

Figure 20-27

The stages of spermatogenesis. Spermatogonia develop from primordial germ cells that migrate into the testis early in embryogenesis. When the animal becomes sexually mature, the spermatogonia begin to proliferate rapidly, generating some progeny that (more. )

Figure 20-28

Highly simplified drawing of a cross section of a seminiferous tubule in a mammalian testis. (A) All of the stages of spermatogenesis shown take place while the developing gametes are in intimate association with Sertoli cells. These large cells extend (more. )

An intriguing feature of spermatogenesis is that the developing male germ cells fail to complete cytoplasmic division (cytokinesis) during mitosis and meiosis. Consequently, large clones of differentiating daughter cells that have descended from one maturing spermatogonium remain connected by cytoplasmic bridges, forming a syncytium (Figure 20-29). The cytoplasmic bridges persist until the very end of sperm differentiation, when individual sperm are released into the tubule lumen. This accounts for the observation that mature sperm arise synchronously in any given area of a seminiferous tubule. But what is the function of the syncytial arrangement?

Figure 20-29

Cytoplasmic bridges in developing sperm cells and their precursors. The progeny of a single maturing spermatogonium remain connected to one another by cytoplasmic bridges throughout their differentiation into mature sperm. For the sake of simplicity, (more. )

Unlike oocytes, sperm undergo most of their differentiation after their nuclei have completed meiosis to become haploid. The presence of cytoplasmic bridges between them, however, means that each developing haploid sperm shares a common cytoplasm with its neighbors. In this way, it can be supplied with all the products of a complete diploid genome. Developing sperm that carry a Y chromosome, for example, can be supplied with essential proteins encoded by genes on the X chromosome. Thus, the diploid genome directs sperm differentiation just as it directs egg differentiation.

Some of the genes that regulate spermatogenesis have been conserved in evolution from flies to humans. The DAZ gene, for example, which encodes an RNA-binding protein and is located on the Y chromosome, is deleted in many infertile men, many of whom cannot make sperm. iki Drosophila genes that are homologous to DAZ are essential for spermatogenesis in the fly. RNA-binding proteins are especially important in spermatogenesis, because many of the genes expressed in the sperm lineage are regulated at the level of RNA translation.


INTERACTION BETWEEN THE SPINDLE AND CHROMOSOMES

Chromosome–microtubule interactions in oocytes may be 𠇍ifferent” from those in mitosis. In mitosis, the main interaction is provided by kinetochores, which interact with dynamic microtubule ends. In the simplest model of mitosis, microtubules nucleated from centrosomes capture kinetochores and generate pulling forces (the “search and capture” model) (Kirschner and Mitchison 1986). When sister kinetochores are attached to microtubules from the opposite poles, chromosomes becomes congressed to the metaphase plate. The pulling forces acting between kinetochores and the opposite poles are resisted by cohesion among sister chromatids, and destruction of cohesin at the onset of anaphase triggers the movement of sister chromatids toward the poles. Although kinetochores are also important in meiosis, nonkinetochore interactions seem more prominent in oocytes than in mitotic cells.

In mouse, it has been shown that kinetochore-microtubule end-on attachment is not properly established until well after chromosome congression at the spindle equator (Brunet et al. 1999). Chromosomes move toward the spindle equator by sliding along the surface of the spindle without end-on attachment, leading to ring arrangement of chromosomes at the spindle equator (Kitajima et al. 2011). This congression is followed by trial-and-error establishment of bipolar end-on attachment of homologous kinetochores at the spindle equator. Full stable end-on attachment will not be achieved until several hours after nuclear envelope breakdown, and the delay of end-on attachment in oocytes appears to be caused by slow gradual increase of Cdk1 activity (Davydenko et al. 2013). An artificial premature increase of Cdk1 activity resulted in the premature establishment of attachment. As this also increased the lagging chromosomes in anaphase I, slow increase of Cdk1 activity is proposed to delay stable attachment until spindle bipolarity is established. It remains to be established how the chromosomes congress to the spindle equator without end-on microtubule attachment to kinetochores or how a gradual increase of Cdk delays the microtubule attachment to kinetochores.

Observations in C. elegans oocytes also indicated different contributions of kinetochores in meiosis to those in mitosis. First, microtubules appear to interact with chromosomes laterally during chromosome congression. This congression is at least partly mediated by the chromokinesin KLP-19, which localizes to the junction among the homologs (Wignall and Villeneuve 2009). Furthermore, inactivation of kinetochores by RNA interference (RNAi) resulted in less tight congression and misorientation of chromosomes relative to the spindle axis. Surprisingly, chromosomes without active kinetochores can separate during anaphase at a speed comparable with the wild type (Dumont et al. 2010). Anaphase chromosome movement seems to be driven by the elongation of spindle microtubules among separating homologous chromosomes. However, it should be noted that C. elegans centromeres are not restricted to small regions, as kinetochores are formed along proximal parts of chromosomes in meiosis (Dumont et al. 2010).

How do the chromosomes move without end-on attachment in oocytes? Even in mitosis, there is evidence of such forces acting on chromosomes. Polar ejection forces act on chromosome arms and are involved in chromosome congression at the metaphase plate (Rieder and Salmon 1994). When chromosomes were artificially cut, a chromosome fragment that lacked kinetochores moved toward the spindle equator (Rieder et al. 1986). Chromokinesins play a part in polar ejection forces, but interaction of chromosome arms with growing microtubule plus ends can also generate such forces. In the case of Drosophila oocytes, the chromokinesin Nod is thought to generate polar ejection forces (Theurkauf and Hawley 1992 Matthies et al. 1999). Nod is an immotile kinesin but can promote microtubule polymerization (Cui et al. 2005). In mouse oocytes, the chromokinesin Kid is dispensable for chromosome congression (Kitajima et al. 2011).


Forensic Science

Leonor Gusmão María Brión Iva Gomes , in Handbook of Analytical Separations , 2008

30.1 Introduction

30.1.1 Y-chromosome structure

The Y chromosome is one of the smallest human chromosomes, with an estimated average size of 60 million base pairs (Mb) ( Fig. 30.1 ). During male meiosis recombination only takes place in the pseudoautosomal regions at the tips of both arms of Y and X chromosomes (PAR1, with 2.6 Mb, and PAR 2, with 0.32 Mb). Along ∼95% of its length the Y chromosome is male-specific and effectively haploid, since it is exempt from meiotic recombination. Therefore, this Y-chromosome segment where X-Y crossing over is absent has been designated as the non-recombining region of the Y chromosome or NRY. Because of the high non-homologous recombination occurring within this Y chromosome specific region, a more appropriately name of male-specific region or MSY is nowadays used to designate it [1] .

Fig. 30.1 . Y-Chromosome structure.

The MSY is a mosaic of heterochromatic and euchromatic regions. Besides the centromeric heterocromatin, a large heterochromatic region is located on the distal long arm of the Y chromosome (Yq) and constitutes more than half of the chromosome in some normal males, but is virtually undetectable in others [2] . A third heterochromatic region was recently discovered by Skaletsky və b. [1] , interrupting the euchromatic sequences of proximal Yq (see Fig. 30.1 ). These regions are composed of highly repeated sequences of non-functional DNA: DYZ1, DYZ2, DYZ3, DYZ17, DYZ18, and DYZ19.

The euchromatin is a constant size region and includes sequences homologous to the X chromosome, Y-specific repetitive sequences, and all the genes identified in the Y chromosome, which include the now identified 27 distinct protein-coding genes or gene families. Near-complete sequence of the Y-chromosome euchromatin has been recently revealed by Skaletsky və b. [1] that classifies the euchromatic sequences into three categories. First, the X-transposed, consisting in a stretch recently transposed from the X chromosome – ∼3–4 million years ago, that still presents 99% homology to their X-chromosome counterparts. Second, the X-degenerate, consisting of a class of sequences more distantly related to the X chromosome – remnants of ancient autosomal sequences from which the modern X and Y derive. And at last, the ampliconic class composed largely of sequences that exhibit as much as 99.9% identity to other sequences in the MSY, maintained by frequent Y–Y gene conversion events. These sequences are located in seven segments scattered across the long and proximal short arms, and the most striking structural feature are eight massive palindromes located in the ampliconic regions of Yq, six of which carry testis genes.

30.1.2 The evolution of sex chromosomes

The similarities between the X and Y chromosome sequences are consistent with the hypothesis of a common origin. The mammalian advanced sex chromosome systems originated 300 million years ago from systems in which the X and Y were initially largely genetically homologous [3,4] . The evolution of sex chromosomes involved mechanisms of restriction of gene recombination, transposition, and translocation. The sequence of events that induced the morphological and genetic differentiation of the X and Y chromosomes and the genetic inactivation of the Y-chromosome genes is still not completely understood. The presently accepted explanation of the differentiation of the initially morphologically homogeneous X and Y chromosomes invokes successive processes where alternated steps of mutation and restriction of recombination were involved ( Fig. 30.2 ).

Fig. 30.2 . Differentiation of the initially morphologically homogeneous X and Y chromosomes.

In time, the Y chromosome comes to carry genes that are beneficial to the male but not to the female sex. If linked to the sex-determining region of the Y chromosome, those genes, favored in males and selected negatively in females, will tend to spread through the population. In order to keep this genetic heterogeneity between X and Y chromosomes, restriction of recombination involves sex determination genes and loci controlling secondary sexual characteristics being promoted by selection mechanisms. In a process referred to as “Muller ratchet,” the lack of exchange through all or part of the originally homologous X and Y chromosomes will accumulate deleterious recessive mutations, since they are not restricted by selection. If there is no recombination, some mutations are more liable to be lost from the population and spread of a favorable Y-linked mutant allele through a population that would allow for the fixation of deleterious alleles at other loci. The accumulation of recessive deleterious alleles on the Y chromosome favors a selection for increased activity of the homologous loci on the X chromosome. On the other hand, with the reduction of Y chromosome genetic activity, there will be weak selection against insertions into the Y chromosome. In the absence of gene exchange and selective pressures, transposable elements and tandem repeat sequences are expected to accumulate, leading to a step-by-step reduction of the Y activity.

Sequencing of the MSY provided the opportunity to reexamine the model of evolution of the human sex chromosomes, showing that it is a consequence of two opposed evolutionary dynamics acting on the Y chromosome: gene decay versus gene acquisition and conservation [1,5] .

Because of the presence of MSY gene pairs in the ampliconic sequences of the euchromatin which are subject to frequent gene conversion [1,5] , and of the little or no X-degenerate gene loss or decay observed during the last 6 million years of human evolution [6] , the predictions that the Y chromosome would be vanished completely in the next 10 million years seem to no longer have support.

30.1.3 The Y-chromosome inheritance

As a result of the evolutionary process, exchange between X and Y chromosomes is limited to two small regions of the X-Y pair and, consequently, to a great extent, the Y chromosome is paternally inherited and haploid. Along generations, the MSY is transmitted from father to son unchanged unless a mutational event takes place. For this reason, the Y chromosome contains a record of all the mutational events that occurred among his ancestors, reflecting the history of paternal lineage. Therefore, all modern Y chromosomes have a single paternal ancestor, on their male-specific region.

30.1.4 Y-chromosome-specific polymorphisms

In 1985, Casanova və b. [7] undertook the first search for Y-linked restriction fragment length polymorphisms (RFLPs) in humans, with the report of two Y-specific polymorphisms. This and latter surveys on Y-specific markers by RFLP studies [8–10] and sequence analysis [11,12] emphasized the low level of polymorphism of this chromosome, compared with other chromosomes [13] . The attempt to identify new Y-specific polymorphisms in different population samples, mainly in Caucasians [8,9] and Africans [10] , showed that the Y chromosome is apparently devoid of polymorphic genetic markers. Jakubiczka və b. [8] estimated a frequency of less than 1 point mutation in 18,000 nucleotides, and Malaspina və b. [9] calculated less than 1 per 46,515 nucleotides. Spurdle and Jenkins [10] screened a 20,808 bp segment for Y-specific RFLPs and did not detect any new polymorphism.

The low variation found in the Y chromosome was unexpected in view of its origin and is best explained, simply, by its presence at one quarter of the frequency of the autosomes, in diploid populations. Therefore, it is especially subject to drift that will be reflected in a corresponding reduced diversity [14] . The effective population size of the Y chromosome can also be reduced by a particular pattern of mating behavior found in specific populations. The lack of recombination also explains the low Y chromosome variation found, due to the effect of selective pressure in which a whole haplotype is involved instead of a specific allele [15] .


Videoya baxın: Meyoz qametogenez (Iyul 2022).


Şərhlər:

  1. Neal

    You were visited with simply brilliant idea

  2. Neto

    Sizi maraqlandıran mövzu ilə bağlı çoxlu məqalələrin olduğu sayta baş çəkməyi tövsiyə etmək istərdim.

  3. Tayson

    Düşünürəm ki, bu - qarışıqlıq. Mən bunu sübut etməyə qadirəm.

  4. Yekuno Amlak

    Hesab edirəm ki, səhv edirsiniz. Bunu müzakirə etməyi təklif edirəm. PM-də mənə e-poçt göndərin.

  5. Rowen

    Müdaxilə etdiyim şeyə görə üzr istəyirəm ... bu vəziyyət. Müzakirə etməliyik. Burada və ya axşam yazın.



Mesaj yazmaq