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Meiose und Chromosomenkombinationen


Ich dachte über die Genetik von Geschwistern nach. Mir ist aufgefallen, dass ein biologisches Geschwisterpaar (nicht Geschwister) völlig unterschiedliche Chromosomensätze von seinen Eltern erben kann, wobei die mathematische Wahrscheinlichkeit $frac{1}{2^{46}}$ beträgt. Diese Berechnung basiert auf der Annahme, dass jedes Chromosomenpaar bei der Meiose unabhängig von anderen Paaren getrennt wird. Glaubst du, ich liege damit richtig? Hat sich jemand mit dieser Angelegenheit befasst? Könnte es sein, dass ein Chromosom während der Meiose es vorzieht, von einem bestimmten Chromosom (in einem anderen Paar als seinem eigenen) begleitet zu werden?

Bearbeiten: Ich habe nur ein Verständnis auf High-School-Niveau in dieser Angelegenheit und ich habe gerade festgestellt, dass meine Spekulationen direkt Mendels Gesetz der Segregation widersprechen. Aber wie im Kommentar zur Antwort darauf hingewiesen, könnte eine wackelige Interaktion das Sortiment mit einigen eigenartigen Genen beeinträchtigen, obwohl dies nicht bedeutet, dass sich einige Chromosomen mehr mögen. Den Fall schließen.


Es wäre richtig, wenn es keine Rekombination (siehe auch Crossing-Over) und keine neuen Mutationen gäbe. Es gibt jedoch Crossover und es gibt Mutationen und daher ist die Berechnung falsch.

Trennung

Sie haben dieses Problem selbst gelöst. Sie haben angenommen, dass sich Chromosomen vollkommen unabhängig voneinander trennen, was eine ziemlich solide Annahme ist. Die Wahrscheinlichkeit ist $frac{1}{2^{46}}$

Rekombination

Unter der Annahme einer genomweiten Rekombinationsrate von 22,8 (Wang et al. 2012) und unter der Annahme, dass die Anzahl der Rekombinationen Poisson-verteilt ist, dann ist die Wahrscheinlichkeit für keine Rekombination $e^{-22,8} ≈ 1,25cdot 10^{-10 }$.

Multiplizieren Sie diese Zahl mit $frac{1}{2^{46}}$ und Sie erhalten ungefähr $1.8 cdot 10^{-24}$. Ich möchte jedoch anmerken, dass die Annahme, dass die Anzahl der Übergänge Poisson-verteilt ist, möglicherweise nicht gilt (auch wenn dies normalerweise so ist, wie es normalerweise modelliert wird).

Mutation

Unter der Annahme einer genomweiten Mutationsrate von 45 (Rhabari et al. 2016) und unter der Annahme, dass die Anzahl der Mutationen Poisson-verteilt ist, dann ist die Wahrscheinlichkeit, dass keine Mutation auftritt, $e^{-45} ≈ 2.9 cdot 10 ^{-20}$.

Daher wird die Wahrscheinlichkeit $frac{1}{2^{46}} cdot e^{-22.8} cdot e^{-45} ≈ 10^{-44}$.

Beachten Sie, dass wir angenommen haben, dass die Anzahl der Mutationen und die Anzahl der Kreuzungen unabhängig sind, was definitiv falsch ist. Wenn wir die Korrelation kennen würden, könnten wir bessere Schätzungen vornehmen. Dies würde unsere Schätzung auf eine etwas höhere Wahrscheinlichkeit bringen.


2.37: Meiose

  • Beigetragen von CK-12: Biologiekonzepte
  • Aus der CK-12 Foundation

Wie macht man eine Zelle mit der Hälfte der DNA?

Meiose. Dadurch können Zellen die Hälfte der Chromosomenzahl haben, sodass zwei dieser Zellen wieder zusammenkommen können, um einen neuen Organismus mit der vollständigen Chromosomenzahl zu bilden. Dieser Prozess hilft nicht nur bei der Produktion von Gameten, sondern sorgt auch für genetische Variation.


Meiose I

Der Meiose geht eine Interphase voraus, die aus dem G . besteht1, S und G2 Phasen, die nahezu identisch mit den Phasen vor der Mitose sind. Das G1 Phase, die auch als erste Gap-Phase bezeichnet wird, ist die erste Phase der Interphase und konzentriert sich auf das Zellwachstum. Die S-Phase ist die zweite Phase der Interphase, in der die DNA der Chromosomen repliziert wird. Schließlich ist das G2 Phase, auch zweite Gap-Phase genannt, ist die dritte und letzte Phase der Interphase In dieser Phase durchläuft die Zelle die letzten Vorbereitungen für die Meiose.

Während der DNA-Duplikation in der S-Phase wird jedes Chromosom repliziert, um zwei identische Kopien zu produzieren, die Schwesterchromatiden genannt werden, die am Zentromer durch . zusammengehalten werden kohäsin Proteine. Cohesin hält die Chromatiden bis zur Anaphase II zusammen. Auch die Zentrosomen, die die Mikrotubuli der meiotischen Spindel organisieren, replizieren sich. Dies bereitet die Zelle auf den Eintritt in die Prophase I, die erste meiotische Phase, vor.

Prophase I

Zu Beginn der Prophase I, bevor die Chromosomen mikroskopisch deutlich zu sehen sind, werden die homologen Chromosomen an ihren Spitzen durch Proteine ​​an die Kernhülle angehängt. Wenn die Kernhülle zu zerfallen beginnt, bringen die mit homologen Chromosomen assoziierten Proteine ​​das Paar nahe aneinander. (Erinnern Sie sich daran, dass homologe Chromosomen in der Mitose nicht miteinander paaren. In der Mitose reihen sich homologe Chromosomen Ende-an-Ende aneinander, sodass jede Tochterzelle bei der Teilung ein Schwesterchromatid von beiden Mitgliedern des homologen Paares erhält.) synaptonemaler Komplex, ein Proteingitter zwischen den homologen Chromosomen, bildet sich zunächst an bestimmten Stellen und breitet sich dann über die gesamte Länge der Chromosomen aus. Die enge Paarung der homologen Chromosomen nennt man Synapse. Bei der Synapse sind die Gene auf den Chromatiden der homologen Chromosomen genau aufeinander abgestimmt. Der synaptonemale Komplex unterstützt den Austausch von Chromosomensegmenten zwischen nicht-schwesterhomologen Chromatiden, ein Vorgang, der als Crossing-Over bezeichnet wird. Die Überkreuzung kann nach dem Austausch visuell beobachtet werden, da Chiasmata (Singular = Chiasma) (Figur 2).

Abbildung 2. Zu Beginn der Prophase I kommen homologe Chromosomen zu einer Synapse zusammen. Die Chromosomen sind durch ein Proteingitter, das als synaptonemaler Komplex bezeichnet wird, und durch Kohäsinproteine ​​am Zentromer eng und in perfekter Ausrichtung miteinander verbunden.

Obwohl die X- und Y-Geschlechtschromosomen nicht homolog sind (die meisten ihrer Gene unterscheiden sich), weisen Arten wie der Mensch einen kleinen Homologiebereich auf, der es den X- und Y-Chromosomen ermöglicht, sich während der Prophase I zu paaren. Ein partieller synaptonemaler Komplex entwickelt sich nur zwischen den Homologieregionen.

In Abständen entlang des synaptonemalen Komplexes befinden sich große Proteinaggregate, die als bezeichnet werden Rekombinationsknoten. Diese Anordnungen markieren die Punkte späterer Chiasmata und vermitteln den mehrstufigen Prozess von Überkreuzung– oder genetische Rekombination – zwischen den Nicht-Schwesterchromatiden. In der Nähe des Rekombinationsknotens an jedem Chromatid wird die doppelsträngige DNA gespalten, die geschnittenen Enden werden modifiziert und eine neue Verbindung zwischen den Nicht-Schwesterchromatiden hergestellt. Mit fortschreitender Prophase I beginnt der synaptonemale Komplex abzubauen und die Chromosomen beginnen zu kondensieren. Wenn der synaptonemale Komplex verschwunden ist, bleiben die homologen Chromosomen am Zentromer und an den Chiasmata aneinander gebunden. Die Chiasmata bleiben bis zur Anaphase I. Die Anzahl der Chiasmata variiert je nach Art und Länge des Chromosoms. Für eine korrekte Trennung der homologen Chromosomen während der Meiose I muss mindestens ein Chiasma pro Chromosom vorhanden sein, aber es können bis zu 25 sein. Nach dem Crossover bricht der synaptonemale Komplex zusammen und die Cohesin-Verbindung zwischen homologen Paaren wird ebenfalls entfernt. Am Ende der Prophase I werden die Paare nur noch an der Chiasmata zusammengehalten (Abbildung 3) und heißen Tetraden weil jetzt die vier Schwesterchromatiden jedes homologen Chromosomenpaares sichtbar sind.

Abbildung 3. Crossover tritt zwischen Nicht-Schwesterchromatiden homologer Chromosomen auf. Das Ergebnis ist ein Austausch von genetischem Material zwischen homologen Chromosomen.

Die Crossover-Ereignisse sind die erste Quelle genetischer Variation in den durch Meiose erzeugten Kernen. Ein einziges Crossover-Ereignis zwischen homologen Nicht-Schwesterchromatiden führt zu einem reziproken Austausch äquivalenter DNA zwischen einem mütterlichen und einem väterlichen Chromosom. Wenn nun dieses Schwesterchromatid in eine Gametenzelle gebracht wird, trägt es etwas DNA von einem Elternteil des Individuums und etwas DNA von dem anderen Elternteil. Das rekombinante Schwesterchromatid weist eine Kombination von mütterlichen und väterlichen Genen auf, die vor dem Crossover nicht existierten. Mehrere Kreuzungen in einem Arm des Chromosoms haben den gleichen Effekt und tauschen DNA-Segmente aus, um rekombinante Chromosomen zu erzeugen.

Prometaphase I

Das Schlüsselereignis in der Prometaphase I ist die Anheftung der Spindelfasermikrotubuli an die Kinetochorproteine ​​an den Zentromeren. Kinetochore-Proteine ​​sind Multiproteinkomplexe, die die Zentromere eines Chromosoms an die Mikrotubuli der mitotischen Spindel binden. Mikrotubuli wachsen aus Zentrosomen, die sich an gegenüberliegenden Polen der Zelle befinden. Die Mikrotubuli bewegen sich in Richtung Zellmitte und heften sich an eines der beiden fusionierten homologen Chromosomen. Die Mikrotubuli heften sich an die Kinetochore jedes Chromosoms. Wenn jedes Mitglied des homologen Paares an gegenüberliegenden Polen der Zelle befestigt ist, können die Mikrotubuli in der nächsten Phase das homologe Paar auseinander ziehen. Eine Spindelfaser, die an einem Kinetochor befestigt ist, wird als Kinetochor-Mikrotubulus bezeichnet. Am Ende der Prometaphase I wird jede Tetrade an Mikrotubuli von beiden Polen angeheftet, wobei jedem Pol ein homologes Chromosom zugewandt ist. Die homologen Chromosomen werden bei Chiasmata noch zusammengehalten. Außerdem ist die Kernmembran vollständig aufgebrochen.

Metaphase I

Während der Metaphase I sind die homologen Chromosomen im Zentrum der Zelle angeordnet, wobei die Kinetochore entgegengesetzten Polen gegenüberliegen. Die homologen Paare orientieren sich zufällig am Äquator. Wenn beispielsweise die beiden homologen Mitglieder von Chromosom 1 mit a und b gekennzeichnet sind, könnten die Chromosomen a-b oder b-a aneinanderreihen. Dies ist wichtig, um die Gene zu bestimmen, die von einem Gameten getragen werden, da jeder nur eines der beiden homologen Chromosomen erhält. Denken Sie daran, dass homologe Chromosomen nicht identisch sind. Sie enthalten geringfügige Unterschiede in ihrer genetischen Information, wodurch jeder Gamet eine einzigartige genetische Ausstattung hat.

Diese Zufälligkeit ist die physikalische Grundlage für die Erzeugung der zweiten Form der genetischen Variation bei Nachkommen. Bedenken Sie, dass die homologen Chromosomen eines sich sexuell fortpflanzenden Organismus ursprünglich als zwei separate Sätze vererbt werden, einer von jedem Elternteil. Am Beispiel des Menschen ist ein Satz von 23 Chromosomen in der von der Mutter gespendeten Eizelle vorhanden. Der Vater liefert den anderen Satz von 23 Chromosomen im Spermium, das die Eizelle befruchtet. Jede Zelle der vielzelligen Nachkommen hat Kopien der ursprünglichen zwei Sätze homologer Chromosomen. In der Prophase I der Meiose bilden die homologen Chromosomen die Tetraden. In der Metaphase I reihen sich diese Paare in der Mitte zwischen den beiden Polen der Zelle auf, um die Metaphasenplatte zu bilden. Da eine Mikrotubulusfaser mit gleicher Wahrscheinlichkeit auf ein mütterlich oder väterlich vererbtes Chromosom trifft, ist die Anordnung der Tetraden an der Metaphaseplatte zufällig. Jedes mütterlicherseits vererbte Chromosom kann jedem Pol gegenüberliegen. Jedes väterlicherseits vererbte Chromosom kann auch einem der Pole gegenüberliegen. Die Orientierung jeder Tetrade ist unabhängig von der Orientierung der anderen 22 Tetraden.

Dieses Ereignis – die zufällige (oder unabhängige) Ansammlung homologer Chromosomen an der Metaphaseplatte – ist der zweite Mechanismus, der Variationen in die Gameten oder Sporen einführt. In jeder Zelle, die eine Meiose durchmacht, ist die Anordnung der Tetraden unterschiedlich. Die Anzahl der Variationen hängt von der Anzahl der Chromosomen ab, die einen Satz bilden. Es gibt zwei Möglichkeiten der Orientierung an der Metaphasenplatte die mögliche Anzahl der Ausrichtungen beträgt daher 2 n , wo n ist die Anzahl der Chromosomen pro Satz. Der Mensch hat 23 Chromosomenpaare, was zu über acht Millionen (2 23 ) möglichen genetisch unterschiedlichen Gameten führt. Diese Zahl beinhaltet nicht die Variabilität, die zuvor in den Schwesterchromatiden durch Crossover erzeugt wurde. Angesichts dieser beiden Mechanismen ist es höchst unwahrscheinlich, dass zwei aus der Meiose resultierende haploide Zellen die gleiche genetische Zusammensetzung aufweisen (Abbildung 4).

Abbildung 4. Zufällige, unabhängige Sortierung während der Metaphase I kann demonstriert werden, indem man eine Zelle mit einem Satz von zwei Chromosomen betrachtet (n = 2). In diesem Fall gibt es zwei mögliche Anordnungen auf der äquatorialen Ebene in Metaphase I. Die mögliche Gesamtzahl der verschiedenen Gameten beträgt 2n, wo n entspricht der Anzahl der Chromosomen in einem Satz. In diesem Beispiel gibt es vier mögliche genetische Kombinationen für die Gameten. Mit n = 23 in menschlichen Zellen gibt es über 8 Millionen mögliche Kombinationen von väterlichen und mütterlichen Chromosomen.

Um die genetischen Konsequenzen der Meiose I zusammenzufassen, werden die mütterlichen und väterlichen Gene durch Crossover-Ereignisse rekombiniert, die zwischen jedem homologen Paar während der Prophase I auftreten die ihren Weg in die Gameten finden.

Anaphase I

In der Anaphase I ziehen die Mikrotubuli die verknüpften Chromosomen auseinander. Die Schwesterchromatiden bleiben im Zentromer fest miteinander verbunden. Die Chiasmata werden in Anaphase I gebrochen, wenn die an den fusionierten Kinetochoren befestigten Mikrotubuli die homologen Chromosomen auseinander ziehen (Abbildung 5).

Abbildung 5. Der Prozess der Chromosomenausrichtung unterscheidet sich zwischen Meiose I und Meiose II. In der Prometaphase I heften sich Mikrotubuli an die fusionierten Kinetochore homologer Chromosomen, und die homologen Chromosomen sind in der Metaphase I in der Mitte der Zelle angeordnet. In der Anaphase I werden die homologen Chromosomen getrennt. In der Prometaphase II heften sich Mikrotubuli an die Kinetochore der Schwesterchromatiden, und die Schwesterchromatiden sind in der Metaphase II in der Mitte der Zellen angeordnet. In der Anaphase II werden die Schwesterchromatiden getrennt.

Telophase I und Zytokinese

In der Telophase kommen die getrennten Chromosomen an entgegengesetzten Polen an. Der Rest der typischen Telophase-Ereignisse kann je nach Spezies auftreten oder nicht. Bei einigen Organismen dekondensieren die Chromosomen und Kernhüllen bilden sich um die Chromatiden in der Telophase I. Bei anderen Organismen findet die Zytokinese – die physikalische Trennung der zytoplasmatischen Komponenten in zwei Tochterzellen – ohne Neubildung der Kerne statt. Bei fast allen Tierarten und einigen Pilzen trennt die Zytokinese den Zellinhalt über eine Spaltfurche (Verengung des Aktinrings, die zur Zytoplasmateilung führt). Bei Pflanzen wird während der Zellzytokinese eine Zellplatte gebildet, indem Golgi-Vesikel an der Metaphasenplatte fusionieren. Diese Zellplatte wird letztendlich zur Bildung von Zellwänden führen, die die beiden Tochterzellen trennen.

Zwei haploide Zellen sind das Endergebnis der ersten meiotischen Teilung. Die Zellen sind haploid, weil an jedem Pol nur eines von jedem Paar der homologen Chromosomen vorhanden ist. Daher ist nur ein vollständiger Chromosomensatz vorhanden. Deshalb gelten die Zellen als haploid – es gibt nur einen Chromosomensatz, obwohl jedes Homolog noch aus zwei Schwesterchromatiden besteht. Denken Sie daran, dass Schwesterchromatiden lediglich Duplikate eines der beiden homologen Chromosomen sind (mit Ausnahme von Veränderungen, die während des Crossing-Over aufgetreten sind). In der Meiose II trennen sich diese beiden Schwesterchromatiden, wodurch vier haploide Tochterzellen entstehen.


Prometaphase I

Das Schlüsselereignis in der Prometaphase I ist die Anheftung der Spindelfasermikrotubuli an die Kinetochorproteine ​​an den Zentromeren. Kinetochore-Proteine ​​sind Multiproteinkomplexe, die die Zentromere eines Chromosoms an die Mikrotubuli der mitotischen Spindel binden. Mikrotubuli wachsen aus Zentrosomen, die sich an gegenüberliegenden Polen der Zelle befinden. Die Mikrotubuli bewegen sich in Richtung Zellmitte und heften sich an eines der beiden fusionierten homologen Chromosomen. Die Mikrotubuli heften sich an die Kinetochore jedes Chromosoms. Wenn jedes Mitglied des homologen Paares an gegenüberliegenden Polen der Zelle befestigt ist, können die Mikrotubuli in der nächsten Phase das homologe Paar auseinander ziehen. Eine Spindelfaser, die an einem Kinetochor befestigt ist, wird als Kinetochor-Mikrotubulus bezeichnet. Am Ende der Prometaphase I wird jede Tetrade an Mikrotubuli von beiden Polen angeheftet, wobei jedem Pol ein homologes Chromosom zugewandt ist. Die homologen Chromosomen werden bei Chiasmata noch zusammengehalten. Außerdem ist die Kernmembran vollständig aufgebrochen.


Meiose II

In der Meiose II werden die in den haploiden Zellen der Meiose I verbleibenden verbundenen Schwesterchromatiden in vier haploide Zellen gespalten. Bei einigen Arten treten Zellen in eine kurze Interphase oder Interkinese ein, der eine S-Phase fehlt, bevor sie in die Meiose II eintreten. Chromosomen werden während der Interkinese nicht dupliziert. Die beiden in der Meiose I produzierten Zellen durchlaufen die Ereignisse der Meiose II synchron. Insgesamt ähnelt die Meiose II der mitotischen Teilung einer haploiden Zelle.

In der Prophase II kondensieren die Chromosomen, wenn sie in der Telophase I dekondensiert sind, wieder. Wenn Kernhüllen gebildet wurden, zerfallen sie in Vesikel. Die während der Interkinese duplizierten Zentrosomen entfernen sich voneinander zu entgegengesetzten Polen, und neue Spindeln werden gebildet. In der Prometaphase II sind die Kernhüllen vollständig abgebaut und die Spindel vollständig ausgebildet. Jedes Schwesterchromatid bildet ein individuelles Kinetochor, das sich von entgegengesetzten Polen an Mikrotubuli anheftet. In Metaphase II sind die Schwesterchromatiden maximal kondensiert und im Zentrum der Zelle ausgerichtet. In der Anaphase II werden die Schwesterchromatiden von den Spindelfasern auseinander gezogen und bewegen sich zu entgegengesetzten Polen.

Abbildung 7.2.3: In der Prometaphase I heften sich Mikrotubuli an die fusionierten Kinetochore homologer Chromosomen. In der Anaphase I werden die homologen Chromosomen getrennt. In der Prometaphase II heften sich Mikrotubuli an einzelne Kinetochore von Schwesterchromatiden. In der Anaphase II werden die Schwesterchromatiden getrennt.

In der Telophase II kommen die Chromosomen an entgegengesetzten Polen an und beginnen zu dekondensieren. Um die Chromosomen bilden sich Kernhüllen. Die Zytokinese trennt die beiden Zellen in vier genetisch einzigartige haploide Zellen. Zu diesem Zeitpunkt sind die Kerne in den neu produzierten Zellen beide haploid und haben nur eine Kopie des einzelnen Chromosomensatzes. Die produzierten Zellen sind genetisch einzigartig aufgrund der zufälligen Auswahl von väterlichen und mütterlichen Homologen und wegen der Rekombination von mütterlichen und väterlichen Chromosomenabschnitten mit ihren Gensätzen, die während des Crossovers auftritt.


Freie Antwort

Beschreiben Sie den Prozess, der zur Bildung einer Tetrade führt.

Während der meiotischen Interphase wird jedes Chromosom dupliziert. Die bei der Synthese gebildeten Schwesterchromatide werden in der Zentromerregion durch Cohesinproteine ​​zusammengehalten. Alle Chromosomen sind mit ihren Spitzen an der Kernhülle befestigt. Wenn die Zelle in die Prophase I eintritt, beginnt die Kernhülle zu fragmentieren und die Proteine, die homologe Chromosomen enthalten, lokalisieren sich. Die vier Schwesterchromatiden richten sich in Längsrichtung aus, und zwischen ihnen bildet sich ein Proteingitter, das als synaptonemaler Komplex bezeichnet wird, um sie miteinander zu verbinden. Der synaptonemale Komplex erleichtert das Crossover zwischen Nicht-Schwesterchromatiden, das als Chiasmata entlang des Chromosoms beobachtet wird. Mit fortschreitender Prophase I bricht der synaptonemale Komplex zusammen und die Schwesterchromatiden werden frei, außer dort, wo sie durch Chiasmata befestigt sind. In diesem Stadium sind die vier Chromatiden in jeder homologen Paarung sichtbar und werden als Tetrade bezeichnet.

Erklären Sie, wie die zufällige Ausrichtung homologer Chromosomen während der Metaphase I zur Variation der durch Meiose erzeugten Gameten beiträgt.

Zufällige Ausrichtung führt zu neuen Kombinationen von Eigenschaften. Die Chromosomen, die ursprünglich von dem Gameten-produzierenden Individuum geerbt wurden, stammten gleichermaßen von der Eizelle und dem Spermium. In Metaphase I reihen sich die duplizierten Kopien dieser mütterlichen und väterlichen homologen Chromosomen im Zentrum der Zelle aneinander. Die Orientierung jeder Tetrade ist zufällig. Es besteht die gleiche Chance, dass die von der Mutter stammenden Chromosomen einem der Pole zugewandt sind. Das gleiche gilt für die väterlicherseits abgeleiteten Chromosomen. Die Ausrichtung sollte bei fast jeder Meiose anders erfolgen. Wenn die homologen Chromosomen in der Anaphase I auseinandergezogen werden, bewegt sich jede Kombination von mütterlichen und väterlichen Chromosomen zu jedem Pol hin. Die aus diesen beiden Chromosomengruppen gebildeten Gameten weisen eine Mischung von Merkmalen der Eltern des Individuums auf. Jede Gamete ist einzigartig.

Welche Funktion hat das fusionierte Kinetochor, das auf Schwesterchromatiden in der Prometaphase I gefunden wird?

In der Metaphase I reihen sich die homologen Chromosomen an der Metaphaseplatte auf. In der Anaphase I werden die homologen Chromosomen auseinander gezogen und wandern zu entgegengesetzten Polen. Schwesterchromatiden werden erst bei Meiose II getrennt. Das während der Meiose I gebildete fusionierte Kinetochor sorgt dafür, dass jeder Spindelmikrotubulus, der an die Tetrade bindet, an beide Schwesterchromatiden bindet.

In einem Vergleich der Stadien der Meiose mit den Stadien der Mitose, welche Stadien sind einzigartig für die Meiose und welche Stadien haben die gleichen Ereignisse sowohl in der Meiose als auch in der Mitose?

Alle Stadien der Meiose I, außer möglicherweise Telophase I, sind einzigartig, da homologe Chromosomen getrennt sind, nicht Schwesterchromatiden. Bei einigen Arten dekondensieren die Chromosomen nicht und die Kernhüllen bilden sich nicht in der Telophase I. Alle Stadien der Meiose II haben die gleichen Ereignisse wie die Stadien der Mitose, mit Ausnahme der Prophase II möglicherweise. Bei einigen Arten sind die Chromosomen noch kondensiert und es gibt keine Kernhülle. Ansonsten sind alle Prozesse gleich.

Warum sollte ein Individuum mit einer Mutation, die die Bildung von Rekombinationsknoten verhindert, als weniger fit angesehen werden als andere Artgenossen?

Die Chromosomen des Individuums können während der Meiose nicht überkreuzen, wenn das Individuum keine Rekombinationsknoten bilden kann. Dies begrenzt die genetische Vielfalt der Gameten des Individuums auf das, was während der unabhängigen Sortierung auftritt, wobei alle Tochterzellen vollständige mütterliche oder väterliche Chromatiden erhalten. Eine Person, die keine unterschiedlichen Nachkommen hervorbringen kann, wird als weniger fit angesehen als Personen, die unterschiedliche Nachkommen zeugen.

Tritt während der Prophase II ein Crossing Over auf? Warum ist das aus evolutionärer Sicht vorteilhaft?

Crossing-Over findet während der Prophase II nicht statt, sondern nur während der Prophase I. In der Prophase II gibt es immer noch zwei Kopien jedes Gens, aber sie befinden sich auf Schwesterchromatiden innerhalb eines einzelnen Chromosoms (und nicht auf homologen Chromosomen wie in Prophase I). Daher würde jedes Crossover-Ereignis immer noch zwei identische Chromatiden erzeugen. Da es von Vorteil ist, keine Energie für Ereignisse zu verschwenden, die die genetische Vielfalt nicht erhöhen, findet kein Crossing-Over statt.


Meiose II

Bei einigen Arten treten Zellen in eine kurze Interphase oder Interkinese ein, bevor sie in die Meiose II eintreten. Interkinese fehlt eine S-Phase, daher werden Chromosomen nicht dupliziert. Die beiden in der Meiose I produzierten Zellen durchlaufen die Ereignisse der Meiose II synchron. Während der Meiose II trennen sich die Schwesterchromatiden innerhalb der beiden Tochterzellen und bilden vier neue haploide Gameten. Die Mechanik der Meiose II ist der Mitose ähnlich, außer dass jede sich teilende Zelle nur einen Satz homologer Chromosomen hat. Daher hat jede Zelle die Hälfte der Anzahl von Schwesterchromatiden, die als diploide Zelle, die eine Mitose durchmacht, getrennt werden müssen.


Zwischenphase

Der Meiose geht eine Interphase voraus, die aus dem G . besteht1, S und G2 Phasen, die nahezu identisch mit den Phasen vor der Mitose sind. Das G1 Phase ist die erste Phase der Interphase und konzentriert sich auf das Zellwachstum. In der S-Phase wird die DNA der Chromosomen repliziert. Endlich im G2 Phase durchläuft die Zelle die letzten Vorbereitungen für die Meiose.

Während der DNA-Duplikation der S-Phase setzt sich jedes Chromosom aus zwei identischen Kopien zusammen (sog. Schwesterchromatiden), die am Zentromer zusammengehalten werden, bis sie während der Meiose II auseinandergezogen werden. In einer tierischen Zelle replizieren sich auch die Zentrosomen, die die Mikrotubuli der meiotischen Spindel organisieren. Dies bereitet die Zelle auf die erste meiotische Phase vor.


Der Prozess der Bildung einer Gameten (Geschlechtszelle) wird als MEIOSIS bezeichnet

Es ähnelt der Mitose, produziert jedoch 4 Tochterzellen, die jeweils haploid sind.

Oogenese - macht Eier (Eizelle)
Spermatogenese - macht Sperma

- homologe Paare bilden sich
-Chromosomen tauschen Gene aus,

Überqueren erhöht die Anzahl möglicher Genkombinationen


Meiose und Chromosomenkombinationen - Biologie

Die bei der Meiose produzierten Gameten sind genetisch nicht identisch mit der Ausgangszelle, und sie sind auch nicht miteinander identisch. Betrachten Sie als Beispiel das obige Meiose-II-Diagramm, das die Endprodukte der Meiose für eine einfache Zelle mit einer diploiden Zahl von . zeigt 2n = 4 Chromosomen. Die vier Gameten, die am Ende der Meiose II produziert werden, sind alle leicht unterschiedlich, jede mit einer einzigartigen Kombination des in der Ausgangszelle vorhandenen genetischen Materials.

Wie sich herausstellt, gibt es selbst für eine einfache Zelle mit nur vier Chromosomen viel mehr potenzielle Gametentypen als nur die vier im Diagramm gezeigten. Diese Vielfalt möglicher Gameten spiegelt zwei Faktoren wider: das Überkreuzen und die zufällige Orientierung von Homologenpaaren während der Metaphase der Meiose I.

  • Überqueren. Die Punkte, an denen sich Homologe überkreuzen und genetisches Material austauschen, werden mehr oder weniger zufällig ausgewählt und werden in jeder Zelle, die die Meiose durchläuft, unterschiedlich sein. Wenn die Meiose viele Male auftritt, wie es bei menschlichen Eierstöcken und Hoden der Fall ist, kommt es an vielen verschiedenen Stellen zu Überkreuzungen. Diese Wiederholung erzeugt eine große Vielfalt rekombinanter Chromosomen, Chromosomen, bei denen DNA-Fragmente zwischen Homologen ausgetauscht wurden.
  • Zufällige Orientierung von Homologpaaren. Die zufällige Orientierung von Homologenpaaren während der Metaphase der Meiose I ist eine weitere wichtige Quelle der Gametendiversität.

Was genau bedeutet zufällige Ausrichtung meinst du hier? Nun, ein homologes Paar besteht aus einem Homolog von Ihrem Vater und einem von Ihrer Mutter, und Sie haben insgesamt 23 Paare von homologen Chromosomen, wobei X und Y für diesen Zweck als homolog gezählt werden. Während der Meiose I trennen sich die homologen Paare, um zwei gleiche Gruppen zu bilden, aber es ist normalerweise nicht der Fall, dass alle väterlichen-Vater-Chromosomen in eine Gruppe und alle mütterlichen-Mutter-Chromosomen in die andere Gruppe gehen.

Stattdessen wird jedes Homologenpaar effektiv eine Münze werfen, um zu entscheiden, welches Chromosom in welche Gruppe gehört. In einer Zelle mit nur zwei homologen Chromosomenpaaren, wie der rechten, ermöglicht die zufällige Metaphasenorientierung 2 2 = 4 verschiedene Arten möglicher Gameten. In einer menschlichen Zelle ermöglicht der gleiche Mechanismus 2 23 = 8.388.608 verschiedene Arten möglicher Gameten [1] . Und das ist noch nicht einmal an Crossovers gedacht!

Angesichts dieser Zahlen ist es sehr unwahrscheinlich, dass zwei Spermien oder Eizellen, die von einer Person hergestellt werden, gleich sind. Es ist sogar noch unwahrscheinlicher, dass Sie und Ihre Schwester oder Ihr Bruder genetisch identisch sind, es sei denn, Sie sind eineiige Zwillinge, dank des Befruchtungsprozesses (bei dem sich eine einzigartige Eizelle von Mama mit einem einzigartigen Sperma von Papa verbindet, wodurch eine Zygote entsteht, deren Genotyp liegt weit über 1 zu einer Billion!) [2] .

Meiose und Befruchtung erzeugen genetische Variation durch neue Kombinationen von Genvarianten (Allele). In einigen Fällen können diese neuen Kombinationen einen Organismus mehr oder weniger fit (überlebens- und fortpflanzungsfähig) machen und somit den Rohstoff für die natürliche Selektion liefern. Genetische Variation ist wichtig, damit sich eine Population durch natürliche Selektion anpassen und so langfristig überleben kann.