A genetikai rekombináció az „a jelenség, ami a megjelenés, a sejt vagy egy személyben, a gének vagy a karakterek örökölt egy másik kombináció, hogy megfigyelhető a sejtek vagy szülői egyének” . Ez a meghatározás két kiegészítő folyamatot ölel fel, amelyek az intra és az interkromoszóma keveredése, még mindig a genetikában , a populációgenetikában vagy a virológiában használt meghatározás , és a genetikai keveredés szinonimájának tekinthető .
A molekuláris biológia fejlődése azonban ennek a meghatározásnak a tudományos közösség egy részének eltérő értelmezéséhez vezetett. A molekuláris biológiában a genetikai rekombináció kifejezést gyakran a DNS rekombinációval szinonimában használják, vagyis azokat a folyamatokat, amelyek során az egyik DNS (vagy RNS ) molekula levágódik, majd összekapcsolódik egy másiksal. A mesterségesen előidézett genetikai rekombinációk szintén alapvető eszközei a molekuláris biológiának és a géntechnológiának . Új genetikai kombinációk létrehozásával a természetes rekombinációk az egyik mechanizmus a populáció sokféleségének eredetére . Ez a nemi szaporodás által elősegített genetikai keveredés a fajok fejlődésének egyik alapvető mechanizmusa .
A genetikai rekombináció genetikai információcsere két különböző genom vagy két kromoszóma között. Általában a DNS-fragmensek közötti csere. De egyes vírusokban, mint például az influenza , ez az RNS cseréje. Ez lehetővé teszi új genetikai kombinációk és ezért új genomok létrehozását. A rekombináció természetes és univerzális jelenség az élővilágban, és ez az egyik alapvető tényező a genetikai sokféleség fenntartásához egy populációban. Az új genetikai kombinációk kialakulása biztosítja a genetikai keveredést és a genetikai sokféleség fenntartását egy populációban, ami növeli annak lehetőségét, hogy egy faj alkalmazkodjon a környezet változásához. A rekombináció tehát a fajok evolúciójának egyik alapvető folyamata .
A folyamathoz szükséges enzimek szintéziséhez kapcsolódó költségek miatt a rekombináció fenntartása szükségszerűen evolúciós előnnyel jár . A legvalószínűbb hipotézis, legalábbis az eukarióták esetében , a genetikai keveredés javulásához kapcsolódik a nemi szaporodás során . Rekombináció hiányában a kromoszómák véletlenszerűen újraeloszlanak a meiózis során , de az ugyanazon a kromoszómán összekapcsolt gének mindig kapcsolatban maradnak. A rekombináció, lehetővé téve a haplotípusok újraszortírozását , lehetővé teszi a kötés egyensúlyhiányának csökkentését és új kombinációk létrehozását, ezáltal növelve a populáció genetikai sokféleségét. A rekombinációs funkció evolúciója mindazonáltal ugyanazokkal az elméleti akadályokkal áll szemben, mint a nemi szaporodás evolúciója, és valószínűleg csak demográfiai (populációnagyság) és genetikai (az interakciók fontossága és irányultsága ) (genetikai ) körülmények között fordul elő , és nem mégis egyértelműen tisztázott.
Az eukarióta fajokban a genetikai keveredés a faj nemi szaporodása során következik be . Minden egyénnek minden génnek két különböző allélje van , ha heterozigóta ezekre az allélokra (egyébként homozigótának mondják ). Során a szexuális reprodukció , az új egyéni öröklik, minden egyes gén , az egyik a két allél annak első szülő - véletlenszerűen kiválasztott - és az egyik a két allél annak másik szülő. Az új egyén genetikai öröksége tehát véletlenszerűen áll össze mindkét szülő örökségének egy részéből. Ez lehetővé teszi a genetikai anyag terjedését a fajon belül.
A genetikai keveredésnek két fő típusa van, amelyek a meiózisban játszódnak le :
Tehát az interkromoszómák keveredése és megtermékenyítése több mint 64 000 milliárd (64 × 10 12 ) eredeti genetikai kombinációt és így különböző leszármazottat hoz, ha kizárjuk az erős rokonságot . Az intra-kromoszomális rekombinációk hozzáadásával az eredeti kombinációk és ezért a különböző leszármazottak száma tovább növekszik, és majdnem nullává teszi annak valószínűségét, hogy két azonos genomú egyed legyen (kivéve az azonos ikreket ).
Három lehetséges mechanizmus létezik: bakteriális konjugáció , baktériumok transzformációja és transzdukció . Grete Kellenberger jelentős felfedezéseket tett ezen a területen a lambda fág tanulmányozásával: azt mutatja, hogy a rekombináció a DNS fizikai cseréjének köszönhető, nem pedig a szelektív replikációnak.
Az új vírus ( H5N1 ) megjelenése szintén példa a genetikai rekombinációra.
A genetikai rekombinációk tehát új állat- vagy növényfajták létrehozását eredményezik, amelyek érdekesek lehetnek a mezőgazdaságban . Ezeket a rekombináns fajtákat természetes keresztezéssel, mesterséges keresztezéssel lehet megszerezni. A genetikai rekombinációk molekuláris biológiai és DNS-manipulációs technológiákkal is kiválthatók. Ezután GMO- ról beszélünk .
Ehhez homológ szekvenciák szükségesek a DNS két régiója között.
A RecBCD komplex letekeri a DNS-t és elvág egy szálat a chi hely közelében. Egyszálú 5'-vég keletkezik és behatol a homológ molekulába. A RecA fehérje ekkor vállalja a homológ szekvencia keresését: SSB-vel kötődik az egyetlen szálhoz, és összehozza a két szekvenciát. A heteroduplex képződése a ligáz hatásával ér véget. Ezután a heteroduplex forog, ami a Holliday-kereszteződés kialakulásához vezet . A RuvAB fehérje hatására ez a csomópont vándorol, és a RuvC-nek köszönhetően elvágódik (felbontás). Két lehetséges vágás vezethet akár keresztezéshez (rekombináció az allélok között), akár heteroduplex zónához (az előfordulás valószínűsége azonos).
Rad51 komplex: a RecA fehérje szerepe.
A homológ rekombináció kifejezés genetikai rekombináció eseményének felel meg két azonos szekvencia között, amelyek két különböző DNS-molekulán helyezkednek el, vagy egymástól távol vannak ugyanazon a molekulán. Ez a folyamat nagyon gyakori az élesztőben , ezért ebben az esetben széles körben használják molekuláris biológiai eszközként.
Az illegitim (vagy nem homológ) rekombináció egy sejtes folyamat, amely két, a szekvencia homológiáját alig vagy egyáltalán nem mutató DNS-fragmens újraegyesítéséhez vezet. Különféle genom-rendellenességek (deléció, inszerció, transzlokáció, génamplifikáció, vírusintegráció) eredete a genetikai betegségek megjelenésében vagy a tumor kialakulásában. Lehetővé teszi a nukleotidlánc véletlen kettős szálszakadásának kiküszöbölését a normális DNS-anyagcsere hibáit (replikáció, transzkripció, helyreállítás) vagy a genotoxikus szerek által előidézett DNS-elváltozások jelenlétét követően.
A restrikciós enzim által irányított felismerési lépés . A rekombináció során a két molekula közötti párosítás nincs megfogalmazva. A restrikciós enzim felismeri a specifikus nukleotidszekvenciákat.