遺伝子組換えとは何か、その種類

遺伝子は生命の存在の重要な部分です。これらには、どのようなプロセスを実行する必要があるか、どのような分子を形成する必要があるか、各生物の表現型特性がどのようになるかを決定するすべての情報が含まれています。この情報は親から子に伝えられますが、これはどのようにして起こるのでしょうか?この「ワイルド＆グリーン」の記事では、遺伝情報をある世代から別の世代に伝達するこの重要なプロセスを理解するために、遺伝子組み換えとは何か、そしてその種類について学びます。

遺伝子組換えは、2 つの遺伝子配列の組み合わせから新しい DNA が形成されるプロセスです。新しい DNA はユニークで、親配列からの情報を組み合わせたものになります。

遺伝子組換えにはさまざまな種類があるため、後で検討します。したがって、組換えはさまざまな生物のさまざまな場所で発生する可能性があります。これらの場所は次のとおりです。

• 真核細胞: 配偶子の生産のための減数分裂 I の前期中。ここでは、染色体鎖が対になって新しい DNA を作成します。ここでは、真核細胞と原核細胞の違いに関する詳細情報を見つけることができます。
• 細菌とウイルス: この場合、3 種類のメカニズムが見つかります。形質転換は外因性 DNA の断片を受け取り、レシピエントと遺伝情報を交換します。接合は、2 つの細胞の間で起こる結合の一種である性線毛を介して 2 つの細菌の間で起こります。一方は遺伝物質の提供者であり、もう一方は受容者です。最後に、細菌が情報を交換するために互いに通信する必要がなく、ウイルスが細菌間で遺伝情報を伝達するときに形質導入が発生します。細菌プラスミドやウイルスの感染時にもこのようにして組換えが起こります。ウイルスと細菌の違いについて知りたい場合は、私たちがお勧めするこの他の「ワイルド＆グリーン」記事をぜひご覧ください。

組換えプロセスにはさまざまな種類があります。この重要なプロセスをよりよく理解できるように、1 つずつ確認していきます。

前のセクションで述べたように、遺伝子組み換えにはさまざまな種類があります。したがって、以下ではそれらを一つずつ詳しく説明していきます。

相同組換え

このタイプの組換えは、精子と卵子が減数分裂で形成されるときに、広範囲に相同な遺伝子配列で発生します。このプロセス中に、女性と男性の染色体が整列し、類似した DNA 配列が交差します。その結果、多種多様な交配によって遺伝的多様性が生まれます。このテーマについてさらに詳しく知りたい場合は、 「 有糸分裂と減数分裂の違い 」を参照してください。

このカテゴリーには、脊椎動物の免疫系として機能する V(D)J 組換えが含まれます。ここで、それらは、多数のリンパ球細胞と免疫グロブリンを生成するタンパク質をコードしています。

部位特異的または非相同組換え

この場合、相同組換えの場合のように配列が非常に類似している必要はなく、むしろほぼ同一の配列の小さな断片で起こり、インテグラーゼなどの特定のタンパク質が組換えの完了に役立ちます。ここで、相同性は組換えを支配するものではなく、むしろ DNA とタンパク質の間の関係です。

移調

このメカニズムでは、トランスポゾンと呼ばれる DNA または RNA のセグメントがゲノム内の他の部位にジャンプできます。ここでは相同化メカニズムは発生せず、むしろ類似することなく挿入され、突然変異を引き起こします。その頻度は非常に低く、そのメカニズムの一例としては抗生物質に対する耐性が挙げられます。最も耐性のある株は投薬後も生き残り、それらの遺伝子は転移によって広がる可能性があります。

遺伝子組換えは、遺伝物質の連続性にとって最も重要なプロセスの 1 つです。そこで、遺伝子組み換えが重要である理由をいくつか紹介します。

• 2 つの初期シーケンスから新しい組み合わせを作成できます。この自然選択のプロセスでは、同じ親から生まれた人間の兄弟で起こるように、最初の 2 つの DNA から何百もの異なる組み合わせが作成されることさえあります。
• 遺伝的多様性に不可欠: 不適切な生物を他の適切な生物に置き換えることを可能にする非常に重要な属性。多様性がなければ選択肢は減り、種の存続が危うくなるでしょう。種の多様性の欠如は、病気の長期化、環境への適応の欠如、および突然の環境変化に対する回復力の欠如に影響を与えます。
• 反復配列、つまり生物にとって有害または致死的な結果をもたらす可能性のある劣性遺伝子の分岐を防ぎます。遺伝的分岐の間、遺伝子交換や組換えはなくなり、これは組換えによって減少します。
• ミュラーのラチェットの形成を防ぎます。これは、最初のものと同一の子孫を持つ無性生物で起こる現象です。平等な生物である以上、変異した有害な遺伝子は蓄積されます。
• それは遺伝子制御因子を表し、遺伝子を活性化または不活性化することができます。これは転位の際によく起こり、トランスポゾンが挿入された遺伝子の連続性が遮断されます。この一例は、トウモロコシ粒のさまざまな色です。このメカニズムはゲノムの維持と修復にも重要です。これは主に相同組換えで起こります。その過程で通常、二本鎖切断と呼ばれる切断が雌 DNA に生じ、配列相同化機構がこれらの部分を修復するからです。
• 染色体の分離を助ける：減数分裂中に起こります。ここで、相同染色体が分離したり相補的に結合したりする交差が起こります。
• V(D)J 組換えのおかげで、脊椎動物で免疫系が機能することが可能になり、環境内の複数の脅威に対して膨大な範囲の抗体が生成されます。

結局のところ、遺伝子組み換えは生殖機能の結果です。したがって、この主題についてより多くの知識を得ることができるように、再生機能についての別の記事を残します。再生機能の構成とその重要性について説明します。

遺伝子組換え: その概要と種類に類似した記事をもっと読みたい場合は、 生物学カテゴリから入ることをお勧めします。