Конъюгация. Генетические рекомбинации

Генетические рекомбинации

Горизонтальная передача генетической информации у бактерий осуществляется путем генетических рекомбинаций.

Генетическая рекомбинация — взаимодействие между двумя различными геномами, которое приводит к образованию рекомбинаций ДНК и формированию дочернего генома, сочетающего гены обоих родителей.

Типы генетических рекомбинации:

– гомологичная — в процессе разрыва и воссоединения ДНК происходит обмен между участками ДНК, обладающими высокой степенью гомологии;

– сайт-специфическая — происходит только в определенных участках генома и не требует высокой степени гомологии ДНК (напр., включение плазмиды в хромосому бактерии).

Особенности рекомбинаций у бактерий определяются отсутствием истинного полового процесса и мейоза у прокариот и гаплоидным набором генов.

В процессе рекомбинации бактерии условно делятся на клетки-доноры, которые передают генетический материал, и клетки-реципиенты, которые этот материал воспринимают. В клетку-реципиент проникает не вся, а только часть хромосомы клетки-донора, т.е. один или несколько генов. Образуется один рекомбинант, генотип которого представлен в основном генотипом реципиента с включением фрагментов хромосомы донора.

Рекомбинационная изменчивость у бактерий происходит в результате включения в ДНК реципиентной клетки участка ДНК донорской клетки путем трансформации, трансдукции, конъюгации.

Конъюгация — перенос генетического материала при непосредственном контакте донорской и реципиентной клеток с помощью конъюгативных пилей (рис. 74, I). Контролируется tra (transfer) опероном. Необходимым условием конъюгации является наличие в клетке-доноре трансмиссивной конъюгативной F–плазмиды. Клетки-доноры, обладающие F–плазмидой, обозначаются как F⁺–клетки. Клетки-реципиенты, не имеющие F–плазмиды, — F^-–клетки. Соотношение в бактериальной популяции F⁺ и F^-–клеток 1:10^-5. Трансмиссивная плазмида кодирует половые пили, образующие конъюгационную трубочку между клеткой-донором и клеткой-реципиентом, по которой плазмидная ДНК передается из клетки-донора в клетку-реципиент.

Передача генетического материала при конъюгации начинается с расщепления ДНК в районе локализации F–плазмиды. Одна нить донорской ДНК передается через конъюгационный мостик в реципиентную F^-–клетку, достраивается комплементарная нить до образования двунитевой структуры. Другая нить донорской ДНК остается в клетке, т.е. донор сохраняет свое генетическое постоянство.

Если переданная F–плазмида сохраняется в реципиентной клетке в автономном состоянии, то донор и реципиент меняются полами. Если переданная донорская ДНК рекомбинирует с гомологичным участком реципиентной ДНК с образованием стабильной генетической структуры, то

клетка-реципиент получает донорские свойства. Донорские клетки, имеющие встроенную в хромосому F–плазмиду, называются Hfr–клетками (англ. High frequency of recombination —высокая частота рекомбинаций).

Рис. 74. Передача генетической информации у бактерий

I Конъюгация: 1 — бактериальная хромосома; 2 — F–фактор; 3 — гены, участвующие в рекомбинации; АВС — генотип донора; abc — генотип реципиента.

II Трансдукция: 1 — бактериальная хромосома; 2 — гены, участвующие в рекомбинации; А — ген, переносимый фагом; а — генотип реципиента; 3 — фаг.

III Трансформация: 1 — бактериальная хромосома; 2 — гены, участвующие в рекомбинации: А — генотип донора; а — генотип реципиента.

Для полового процесса бактерий нехарактерна репродуктивная изоляция: процесс конъюгации может происходить между родами одного семейства (напр., эшерихиями и сальмонеллами, сальмонеллами и шигеллами).

Биологическая значимость конъюгации хорошо видна на примере распространения резистентности бактерий к антибиотикам. Резистентность к антибиотикам бактерия может получить в результате мутации, что происходит 1 раз на каждые 10⁶ клеточных делений. Однако, однажды изменившись, генетическая информация может быстро распространяться среди сходных бактерий посредством конъюгации, поскольку каждая третья из близкородственных бактерий способна к этому типу генетического переноса.

Дата добавления: 2015-04-25