Krossing-Over, Gen Dönüşümü
Krossing over ökaryotlarda görülen homolog rekombinasyondur. Gamet hücrelerinde mayoz bölünme esnasında gerçekleşir. İkinci ünitede (Ünite 2; Genetik Açıdan Hücre ve Organizma) bahsedildiği üzere mayoz bölünme ikiye ayrılır; Mayoz I ve mayoz II. Mayoz I profazının pakiten evresinde homolog kromozomlar arasında parça değişimi gerçekleşir. Bu olaya krossing- over denir ve eşeyli üreyen canlılarda çeşitliliğin temelini oluşturur. Bu şekilde oluşan gamet hücrelerinin birleşmesiyle rekombinant bireyler oluşur. Krossing- over sonrasında başlangıçtan farklı özellikte yeni DNA molekülleri ve kromozomlar oluşur. Bu karşılıklı parça değiş tokuşu ile gerçekleşmiştir. Sadece homolog kromozomlar arasında ve rastgele gerçekleşmektedir. Herhangi iki gen lokusu arasında olma olasılığı eşittir. Hücre döngüsünün interfaz evresinde DNA kendini eşleyerek iki hücreye yetecek kadar çoğaltır. Normalde bir hücrede her kromozom bir kromatidten oluşurken replikasyon sonucu her kromozom iki kromotidli hale gelir. Bu kromotidlere kardeş kromotid denir ve birbirinin tamamen aynısıdır. Bilindiği üzere diploid canlılarda her kromozomun bir homoloğu vardır. Bunların biri anneden, diğeri babadan gelir. Mayoz bölünmede bu homolog kromozomların kromotitleri arasında parça değiş tokuşu olur. Rekombinasyon bir değme noktasında dört kromatidin sadece ikisi arasında gerçekleşir, bunun sonucu olarak da değişmeden kalan atasal genomu taşıyan kromotitler de bulunur (Şekil 4.1) . Krossing- over moleküler mekanizmasında temel gereklilik homolojidir. Bu olayda DNA moleküllerinin doğru olarak karşılıklı gelebilmesi için tamamlayıcı bazların eşleşmesi gerekir. Bir diğer değişle krossing- over hemen hemen aynı baz dizisini içeren iki DNA bölgesi arasında gerçekleşir.
Mayoz bölünmenin leptoten aşamasında Spo11 endonükleazı tarafından çift iplik kırılmaları indüklenir. Zigoten safhasında yanyana uzanan homolog kromotidler birbirine temas eder ve eşleşmiş kromozomların uzunluğu boyunca sinaptonemal kompleks oluşur. Bu yapı kromatitler arasında fermuar gibi bir kapanma ve eşleşme sağlayarak kromotitleri bir arada tutan protein yapıdır. Aynı kromozom üzerinden birden fazla noktada temas bölgesi olabilir ve buna bağlı olarak da rekombinasyon bir kromozom üzerinde farklı noktalarda oluşabilir.
Rekombinasyon pakitenin sonunda tamamlanmış olur ve diploten aşamasında sinoptenemal kompleks kaybolur. Homolog kromozomlar birbirinden ayrılır. Krossing- over oluş mekanizmasıyla ilgili farklı görüşler bulunmakla birlikte bu gün kabul gören model, kırılma ve yeniden birleşme modelidir. Krossing- over sonucunda atasallardan faklı iki yeni kromozom oluşur. Genlerin yer değiştirmesiyle yeni genotipler ve buna bağlı olarak yeni fenotipler oluşur. Bu olayın genetik çeşitliliğin oluşmasında çok büyük etkisi vardır. Bağlı genlerin ayrılması ve yeniden düzenlenmesine neden olur. Bu durum Mendel kurallarına göre beklenen genlerin dağılımına uygunluk göstermez (Şekil 4.2). Mayoz bölünmedeki kadar sık olmasa da mitoz bölünmede de krossing- over gerçekleşmektedir. Somatik hücrelerde mitoz bölünmenin metafaz ya da profaz safhasında bazen kardeş kromozomlar arasında da parça değişimi meydana gelebilmektedir. Oluşan yeni allel birleşimi yeni hücrelerde gözlenebilmektedir.
Gen dönüşümü de Mendel dışı kalıtımın başlıca formlarından biri olabilir. Gen dönüşümü DNA rekombinasyonunda bir parça DNA sekans bilgisinin, bir DNA heliksinden (değişmeden kalır) sekansı değişen diğer DNA heliksine aktarıldığı DNA’daki onarım işlemidir. Bu, farklı ebeveynlerden alınan DNA zincirleri arasında bir mismatch tamiri olarak meydana gelebilir. Bu yüzden, mismatch tamiri bir alleli diğerine dönüştürebilir.