Informatie

10.14: Mitose, Meiose en Seksuele Reproductie - Biologie

10.14: Mitose, Meiose en Seksuele Reproductie - Biologie


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Zoals je nu weet, is genetische variatie erg belangrijk. Onderstaande video geeft je een mooi overzicht van hoe elk bijdraagt ​​aan genetische diversiteit.

Een YouTube-element is uitgesloten van deze versie van de tekst. Je kunt het hier online bekijken: pb.libretexts.org/biom1/?p=356


22. Reproductieve cellen bij de meeste soorten verschillen van de cellen waaruit de rest van het organisme bestaat. Hoe worden de "lichaamscellen" genoemd en hoe verschillen ze van de voortplantingscellen? Bod.

31. Meiose omvat processen die alle eukaryoten gemeen hebben, waarbij dezelfde of vergelijkbare genen betrokken zijn. Evalueer de ondersteuning voor de evolutietheorie die door dit bewijs en bovendien door .

  • Je bent hier:  
  • Huis
  • Paraplu
  • studieboeken
  • Bio581
  • 36.7 Gedragsbiologie: nabije en ultieme oorzaken van gedrag

Deze tekst is gebaseerd op Openstax Biology for AP Courses, Senior Contributing Authors Julianne Zedalis, The Bishop's School in La Jolla, CA, John Eggebrecht, Cornell University Bijdragende auteurs Yael Avissar, Rhode Island College, Jung Choi, Georgia Institute of Technology, Jean DeSaix , Universiteit van North Carolina in Chapel Hill, Vladimir Jurukovski, Suffolk County Community College, Connie Rye, East Mississippi Community College, Robert Wise, University of Wisconsin, Oshkosh

Dit werk is gelicentieerd onder een Creative Commons Naamsvermelding-NietCommercieel 4.0 Unported-licentie, zonder aanvullende beperkingen


10.14: Mitose, Meiose en Seksuele Reproductie - Biologie

Het vermogen om zich in natura voort te planten is een basiskenmerk van alle levende wezens. In natura betekent dat de nakomelingen van elk organisme sterk lijken op hun ouder of ouders. Nijlpaarden baren nijlpaardkalveren, Joshua-bomen produceren zaden waaruit Joshua-boomzaailingen tevoorschijn komen, en volwassen flamingo's leggen eieren die uitkomen in flamingokuikens. In natura betekent over het algemeen niet precies hetzelfde. Terwijl veel eencellige organismen en een paar meercellige organismen genetisch identieke klonen van zichzelf kunnen produceren door celdeling, planten veel eencellige organismen en de meeste meercellige organismen zich regelmatig voort met behulp van een andere methode. Seksuele reproductie is de productie door ouders van twee haploïde cellen en de fusie van twee haploïde cellen om een ​​enkele, unieke diploïde cel te vormen. Bij de meeste planten en dieren zal deze diploïde cel zich door tientallen ronden van mitotische celdeling ontwikkelen tot een volwassen organisme. Haploïde cellen die deel uitmaken van de seksuele voortplantingscyclus worden geproduceerd door een soort celdeling die meiose wordt genoemd. Seksuele reproductie, met name meiose en bevruchting, introduceert variatie in nakomelingen die het evolutionaire succes van seksuele reproductie kunnen verklaren. De overgrote meerderheid van eukaryote organismen, zowel meercellige als eencellige, kan of moet een of andere vorm van meiose en bevruchting gebruiken om zich voort te planten.

Figuur 1. Ieder van ons begint, net als deze andere grote meercellige organismen, het leven als een bevruchte eicel. Na biljoenen celdelingen ontwikkelt ieder van ons zich tot een complex, meercellig organisme. (credit a: wijziging werk door Frank Wouters credit b: wijziging werk door Ken Cole, USGS credit c: wijziging werk door Martin Pettitt)


11.1 Het proces van meiose

In deze sectie onderzoek je de volgende vragen:

  • Hoe gedragen chromosomen zich tijdens meiose?
  • Welke cellulaire gebeurtenissen vinden plaats tijdens meiose?
  • Wat zijn de overeenkomsten en verschillen tussen meiose en mitose?
  • Hoe kan het proces van meiose genetische variatie genereren?

Aansluiting voor AP ® Cursussen

Toen we in een vorig hoofdstuk de celcyclus en mitose onderzochten, leerden we dat cellen zich delen om te groeien, andere cellen te vervangen en zich ongeslachtelijk voort te planten. Zonder mutatie, of veranderingen in het DNA, ontvangen de dochtercellen die door mitose worden geproduceerd een reeks genetische instructies die identiek is aan die van de oudercel. Omdat veranderingen in genen zowel de eenheid als de diversiteit van het leven aandrijven, kunnen organismen zonder genetische variatie niet evolueren door natuurlijke selectie. Evolutie vindt alleen plaats omdat organismen manieren hebben ontwikkeld om hun genetisch materiaal te variëren. Dit gebeurt door mutaties in DNA, recombinatie van genen tijdens meiose en meiose gevolgd door bevruchting in seksueel voortplantende organismen.

Seksuele reproductie vereist dat diploïde (2 .)N) organismen produceren haploïde (1N) cellen door meiose en dat deze haploïde cellen samensmelten om nieuwe, diploïde nakomelingen te vormen. De vereniging van deze twee haploïde cellen, één van elke ouder, is bevruchting. Hoewel de processen van meiose en mitose overeenkomsten vertonen, zijn hun eindproducten verschillend. Bedenk dat eukaryoot DNA zich in chromosomen bevindt en dat chromosomen voorkomen in homologe paren (homologen). Bij de bevruchting draagt ​​de mannelijke ouder één lid van elk homoloog paar bij aan het nageslacht, en de vrouwelijke ouder draagt ​​de andere bij. Met uitzondering van de geslachtschromosomen, bevatten homologe chromosomen dezelfde genen, maar deze genen kunnen verschillende variaties hebben, allelen genoemd. (U hebt bijvoorbeeld een allel voor bruine ogen geërfd van uw vader en een allel voor blauwe ogen van uw moeder.) Net als bij mitose worden homologe chromosomen gedupliceerd tijdens het S-stadium (synthese) van de interfase. In tegenstelling tot mitose, waarbij er slechts één nucleaire deling is, heeft meiose echter twee volledige ronden van nucleaire deling: meiose I en meiose II. Deze resulteren in vier kernen en (meestal) vier dochtercellen, elk met de helft van het aantal chromosomen als oudercel (1N). De eerste divisie, meiose I, scheidt homologe chromosomen, en de tweede divisie, meiose II, scheidt chromatiden. (Denk eraan: tijdens de meiose repliceert DNA EENMAAL maar deelt het TWEE KEER, terwijl bij mitose DNA EENMAAL repliceert maar slechts EENMAAL deelt.).

Hoewel mitose en meiose in veel opzichten vergelijkbaar zijn, hebben ze verschillende uitkomsten. Het belangrijkste verschil zit in het type cel dat wordt geproduceerd: mitose produceert identieke cellen, waardoor groei of herstel van weefsels mogelijk is meiose genereert voortplantingscellen of gameten. Gameten, vaak geslachtscellen genoemd, verenigen zich met andere geslachtscellen om nieuwe, unieke organismen te produceren.

Genetische variatie vindt plaats tijdens meiose I, waarbij homologe chromosomen paren en niet-zusterchromatidesegmenten uitwisselen (crossover). Hier scheiden de homologe chromosomen zich in verschillende kernen, wat een vermindering van "ploïdie" veroorzaakt. Tijdens meiose II - die meer lijkt op een mitotische deling - scheiden de chromatiden en scheiden ze in vier haploïde geslachtscellen. Vanwege crossover bevatten de resulterende dochtercellen echter geen identieke genomen. Net als bij mitose reguleren externe factoren en interne signalen de meiotische celcyclus. Zoals we in een later hoofdstuk in meer detail zullen onderzoeken, kunnen fouten in meiose genetische aandoeningen veroorzaken, zoals het syndroom van Down.

De gepresenteerde informatie en de voorbeelden die worden benadrukt in de sectie ondersteunen concepten en leerdoelen die worden beschreven in Big Idea 3 van het AP ® Biology Curriculum Framework. De leerdoelen die in het Curriculum Framework worden vermeld, bieden een transparante basis voor de AP ® Biologie-cursus, een onderzoekende laboratoriumervaring, educatieve activiteiten en AP ® -examenvragen. Een leerdoel voegt vereiste inhoud samen met een of meer van de zeven wetenschapspraktijken.

Groot idee 3 Levende systemen slaan informatie op, halen deze op, verzenden en reageren op informatie die essentieel is voor levensprocessen.
Blijvend begrip 3.A Erfelijke informatie zorgt voor continuïteit van het leven.
Essentiële kennis 3.A.2 Bij eukaryoten wordt erfelijke informatie doorgegeven aan de volgende generatie via processen die de celcyclus en mitose of meiose plus bevruchting omvatten.
Wetenschapspraktijk 6.2 De student kan verklaringen van fenomenen construeren op basis van wetenschappelijke bewijzen.
Leerdoel 3.9 De student kan aan de hand van visuele representaties of verhalen een verklaring construeren over hoe DNA in chromosomen via mitose, of meiose gevolgd door bevruchting, wordt doorgegeven aan de volgende generatie.
Essentiële kennis 3.A.2 Bij eukaryoten wordt erfelijke informatie doorgegeven aan de volgende generatie via processen die de celcyclus en mitose of meiose plus bevruchting omvatten.
Wetenschapspraktijk 7.1 De student kan fenomenen en modellen verbinden over ruimtelijke en temporele schalen heen.
Leerdoel 3.10 De student kan het verband weergeven tussen meiose en verhoogde genetische diversiteit die nodig is voor evolutie.

De Science Practice Challenge-vragen bevatten aanvullende testvragen voor dit gedeelte die u zullen helpen bij de voorbereiding op het AP-examen. Deze vragen hebben betrekking op de volgende normen:
[APLO 1.9][APLO 2.15][APLO 2.39][APLO 3.11][APLO 3.9]

Je leest dat bevruchting de vereniging is van twee geslachtscellen van twee individuele organismen. Als deze twee cellen elk één set chromosomen bevatten, bevat de resulterende bevruchte cel twee sets chromosomen. Haploïde cellen bevatten één set chromosomen. Cellen die twee sets chromosomen bevatten, worden diploïde genoemd. Het aantal sets chromosomen in een cel wordt het ploïdieniveau genoemd. Om de voortplantingscyclus door te laten gaan, moet een diploïde cel het aantal chromosomensets verminderen voordat opnieuw bevruchting kan plaatsvinden. Anders zou het aantal chromosoomsets verdubbelen en in elke generatie blijven verdubbelen. Dus, naast bevruchting, omvat seksuele reproductie een nucleaire deling die het aantal chromosoomsets vermindert.

De meeste dieren en planten zijn diploïde en bevatten twee sets chromosomen. In de somatische cellen van een organisme, soms aangeduid als "lichaamscellen" (alle cellen van een meercellig organisme behalve de voortplantingscellen), bevat de kern twee exemplaren van elk chromosoom, homologe chromosomen genoemd. Homologe chromosomen zijn paren die dezelfde genen bevatten op identieke locaties langs hun lengte. Diploïde organismen erven één kopie van elk homoloog chromosoom van elke ouder samen, ze worden beschouwd als een volledige set chromosomen. Haploïde cellen, die een enkele kopie van elk homoloog chromosoom bevatten, worden alleen gevonden in de voortplantingsstructuren van een organisme, zoals de eierstokken en teelballen. Haploïde cellen kunnen gameten of sporen zijn. Mannelijke gameten zijn sperma en vrouwelijke gameten zijn eieren. Alle dieren en de meeste planten produceren gameten. Sporen zijn haploïde cellen die een haploïde organisme kunnen produceren of kunnen fuseren met een andere spore om een ​​diploïde cel te vormen. Sommige planten en alle schimmels produceren sporen.

Zoals je hebt geleerd, is de nucleaire deling die haploïde cellen vormt - meiose - nauw verwant aan mitose. Mitose is het deel van een celreproductiecyclus dat resulteert in identieke dochterkernen die ook genetisch identiek zijn aan de oorspronkelijke ouderkern. Bij mitose bevinden zowel de ouder- als de dochterkern zich op hetzelfde ploïdieniveau - diploïde voor de meeste planten en dieren. Meiose maakt gebruik van veel van dezelfde mechanismen als mitose. De startkern is echter altijd diploïde en de kernen die aan het einde van een meiotische celdeling resulteren zijn haploïde. Om deze vermindering van het aantal chromosomen te bereiken, bestaat meiose uit één ronde van chromosoomduplicatie en twee ronden van nucleaire deling. Omdat de gebeurtenissen die plaatsvinden tijdens elk van de delingsfasen analoog zijn aan de gebeurtenissen van mitose, worden dezelfde toneelnamen toegewezen. Omdat er echter twee verdelingsrondes zijn, worden het belangrijkste proces en de fasen aangeduid met een "I" of een "II". Meiose I is dus de eerste ronde van meiotische deling en bestaat uit profase I, prometafase I, enzovoort. Meiose II, waarin de tweede ronde van meiotische deling plaatsvindt, omvat profase II, prometafase II, enzovoort.

Meiose I

Meiose wordt voorafgegaan door een interfase bestaande uit de G1, S en G2 fasen, die bijna identiek zijn aan de fasen voorafgaand aan mitose. De G1 fase, ook wel de eerste gap-fase genoemd, is de eerste fase van de interfase en is gericht op celgroei. De S-fase is de tweede fase van de interfase, waarbij het DNA van de chromosomen wordt gerepliceerd. Eindelijk, de G2 fase, ook wel de tweede gap-fase genoemd, is de derde en laatste fase van de interfase in deze fase, de cel ondergaat de laatste voorbereidingen voor meiose.

Tijdens DNA-duplicatie in de S-fase wordt elk chromosoom gerepliceerd om twee identieke kopieën te produceren, zusterchromatiden genaamd, die bij het centromeer door cohesine-eiwitten bij elkaar worden gehouden. Cohesine houdt de chromatiden bij elkaar tot anafase II. De centrosomen, de structuren die de microtubuli van de meiotische spil organiseren, repliceren ook. Dit bereidt de cel voor om profase I binnen te gaan, de eerste meiotische fase.

Profase I

Vroeg in profase I, voordat de chromosomen microscopisch duidelijk kunnen worden gezien, worden de homologe chromosomen aan hun uiteinden door eiwitten aan de nucleaire envelop bevestigd. Naarmate de nucleaire envelop begint af te breken, brengen de eiwitten die zijn geassocieerd met homologe chromosomen het paar dicht bij elkaar. Bedenk dat homologe chromosomen bij mitose niet met elkaar gepaard gaan. Bij mitose liggen homologe chromosomen end-to-end, zodat wanneer ze zich delen, elke dochtercel een zusterchromatide ontvangt van beide leden van het homologe paar. Het synaptonemale complex, een rooster van eiwitten tussen de homologe chromosomen, vormt zich eerst op specifieke locaties en verspreidt zich vervolgens over de gehele lengte van de chromosomen. De hechte paring van de homologe chromosomen wordt synapsis genoemd. In synapsis zijn de genen op de chromatiden van de homologe chromosomen precies op elkaar afgestemd. Het synaptonemale complex ondersteunt de uitwisseling van chromosomale segmenten tussen niet-zuster homologe chromatiden, een proces dat oversteken wordt genoemd. Cross-over kan na de uitwisseling visueel worden waargenomen als chiasmata (enkelvoud = chiasma) (Figuur 11.2).

Bij soorten zoals mensen, hoewel de X- en Y-geslachtschromosomen niet homoloog zijn (de meeste van hun genen verschillen), hebben ze een klein gebied van homologie waardoor de X- en Y-chromosomen kunnen paren tijdens profase I. Een gedeeltelijk synaptonemaal complex ontwikkelt zich alleen tussen de regio's van homologie.

Met tussenpozen langs het synaptonemale complex bevinden zich grote eiwitsamenstellingen die recombinatieknobbeltjes worden genoemd. Deze assemblages markeren de punten van latere chiasmata en bemiddelen het meerstapsproces van cross-over - of genetische recombinatie - tussen de niet-zusterchromatiden. Nabij de recombinatieknobbel op elke chromatide wordt het dubbelstrengs DNA gesplitst, de afgeknipte uiteinden worden gemodificeerd en er wordt een nieuwe verbinding gemaakt tussen de niet-zusterchromatiden. Naarmate profase I vordert, begint het synaptonemale complex af te breken en beginnen de chromosomen te condenseren. Wanneer het synaptonemale complex verdwenen is, blijven de homologe chromosomen aan elkaar gehecht bij het centromeer en bij chiasmata. De chiasmata blijven tot anafase I. Het aantal chiasmata varieert afhankelijk van de soort en de lengte van het chromosoom. Er moet ten minste één chiasma per chromosoom zijn voor een goede scheiding van homologe chromosomen tijdens meiose I, maar er kunnen er wel 25 zijn. Na crossover wordt het synaptonemale complex afgebroken en wordt ook de cohesineverbinding tussen homologe paren verwijderd. Aan het einde van profase I worden de paren alleen bij de chiasmata bij elkaar gehouden (Figuur 11.3) en worden ze tetrads genoemd omdat de vier zusterchromatiden van elk paar homologe chromosomen nu zichtbaar zijn.

De crossover-gebeurtenissen zijn de eerste bron van genetische variatie in de kernen die door meiose worden geproduceerd. Een enkele crossover-gebeurtenis tussen homologe niet-zusterchromatiden leidt tot een wederzijdse uitwisseling van equivalent DNA tussen een moederlijk chromosoom en een vaderlijk chromosoom. Wanneer die zusterchromatide nu in een gameetcel wordt geplaatst, zal het wat DNA van de ene ouder van het individu en wat DNA van de andere ouder bevatten. Het recombinante zusterchromatide heeft een combinatie van maternale en vaderlijke genen die vóór de crossover niet bestonden. Meerdere cross-overs in een arm van het chromosoom hebben hetzelfde effect, waarbij DNA-segmenten worden uitgewisseld om recombinante chromosomen te creëren.

Prometafase I

De belangrijkste gebeurtenis in prometafase I is de bevestiging van de microtubuli van de spindelvezels aan de kinetochoor-eiwitten bij de centromeren. Kinetochore-eiwitten zijn multi-eiwitcomplexen die de centromeren van een chromosoom binden aan de microtubuli van de mitotische spoel. Microtubuli groeien uit centrosomen die aan tegenovergestelde polen van de cel zijn geplaatst. De microtubuli bewegen naar het midden van de cel en hechten zich aan een van de twee gefuseerde homologe chromosomen. De microtubuli hechten aan de kinetochoren van elk chromosoom. Met elk lid van het homologe paar bevestigd aan tegenovergestelde polen van de cel, in de volgende fase, kunnen de microtubuli het homologe paar uit elkaar trekken. Een spilvezel die aan een kinetochoor is bevestigd, wordt een kinetochoor-microtubule genoemd. Aan het einde van prometafase I is elke tetrad vanaf beide polen aan microtubuli bevestigd, met één homoloog chromosoom tegenover elke pool. De homologe chromosomen worden nog steeds bij elkaar gehouden op chiasmata. Bovendien is het kernmembraan volledig afgebroken.

Metafase I

Tijdens metafase I worden de homologe chromosomen in het midden van de cel gerangschikt met de kinetochoren naar tegenovergestelde polen gericht. De homologe paren oriënteren zich willekeurig op de evenaar. Als de twee homologe leden van chromosoom 1 bijvoorbeeld a en b zijn gelabeld, kunnen de chromosomen a-b of b-a op één lijn liggen. Dit is belangrijk bij het bepalen van de genen die door een gameet worden gedragen, omdat elk slechts één van de twee homologe chromosomen zal ontvangen. Bedenk dat homologe chromosomen niet identiek zijn. Ze bevatten kleine verschillen in hun genetische informatie, waardoor elke gameet een unieke genetische samenstelling heeft.

Deze willekeur is de fysieke basis voor het ontstaan ​​van de tweede vorm van genetische variatie bij het nageslacht. Bedenk dat de homologe chromosomen van een seksueel voortplantend organisme oorspronkelijk als twee afzonderlijke sets worden geërfd, één van elke ouder. Als we mensen als voorbeeld nemen, is er één set van 23 chromosomen aanwezig in het ei dat door de moeder is geschonken. De vader levert de andere set van 23 chromosomen in het sperma dat de eicel bevrucht. Elke cel van het meercellige nageslacht heeft kopieën van de oorspronkelijke twee sets homologe chromosomen. In profase I van meiose vormen de homologe chromosomen de tetrads. In metafase I staan ​​deze paren in het midden tussen de twee polen van de cel om de metafaseplaat te vormen. Omdat er een gelijke kans is dat een microtubulusvezel een moederlijk of vaderlijk overgeërfd chromosoom tegenkomt, is de rangschikking van de tetrads op de metafaseplaat willekeurig. Elk van de moeder geërfd chromosoom kan naar beide polen worden geconfronteerd. Elk vaderlijk geërfd chromosoom kan ook naar beide polen worden geconfronteerd. De oriëntatie van elke tetrad is onafhankelijk van de oriëntatie van de andere 22 tetrads.

Deze gebeurtenis - het willekeurige (of onafhankelijke) assortiment van homologe chromosomen op de metafaseplaat - is het tweede mechanisme dat variatie in de gameten of sporen introduceert. In elke cel die meiose ondergaat, is de rangschikking van de tetrads anders. Het aantal variaties is afhankelijk van het aantal chromosomen waaruit een set bestaat. Er zijn twee mogelijkheden voor oriëntatie op de metafaseplaat, het mogelijke aantal uitlijningen is dus gelijk aan 2N, waar N is het aantal chromosomen per set. Mensen hebben 23 chromosoomparen, wat resulteert in meer dan acht miljoen (2 23 ) mogelijk genetisch verschillende gameten. Dit aantal omvat niet de variabiliteit die eerder werd gecreëerd in de zusterchromatiden door crossover. Gezien deze twee mechanismen is het hoogst onwaarschijnlijk dat twee haploïde cellen die het gevolg zijn van meiose dezelfde genetische samenstelling zullen hebben (Figuur 11.4).

Om de genetische gevolgen van meiose I samen te vatten, worden de maternale en vaderlijke genen opnieuw gecombineerd door crossover-gebeurtenissen die plaatsvinden tussen elk homoloog paar tijdens profase I. Bovendien produceert het willekeurige assortiment van tetrads op de metafaseplaat een unieke combinatie van maternale en vaderlijke chromosomen die hun weg vinden naar de gameten.

Anafase I

In anafase I trekken de microtubuli de gekoppelde chromosomen uit elkaar. De zusterchromatiden blijven stevig aan elkaar gebonden bij het centromeer. De chiasmata worden gebroken in anafase I als de microtubuli die aan de gefuseerde kinetochoren zijn vastgemaakt, de homologe chromosomen uit elkaar trekken (Figuur 11.5).

Telofase I en cytokinese

In telofase komen de gescheiden chromosomen aan op tegenovergestelde polen. De rest van de typische telofase-gebeurtenissen kunnen al dan niet optreden, afhankelijk van de soort. In sommige organismen decondenseren de chromosomen en vormen zich nucleaire enveloppen rond de chromatiden in telofase I. In andere organismen vindt cytokinese - de fysieke scheiding van de cytoplasmatische componenten in twee dochtercellen - plaats zonder hervorming van de kernen. Bij bijna alle diersoorten en sommige schimmels scheidt cytokinese de celinhoud via een splitsingsgroef (vernauwing van de actinering die leidt tot cytoplasmatische deling). In planten wordt een celplaat gevormd tijdens celcytokinese door Golgi-blaasjes die samensmelten op de metafaseplaat. Deze celplaat zal uiteindelijk leiden tot de vorming van celwanden die de twee dochtercellen scheiden.

Twee haploïde cellen zijn het eindresultaat van de eerste meiotische deling. De cellen zijn haploïde omdat er aan elke pool slechts één van elk paar homologe chromosomen is. Daarom is er slechts één volledige set chromosomen aanwezig. Dit is de reden waarom de cellen als haploïde worden beschouwd - er is maar één chromosoomset, ook al bestaat elke homoloog nog steeds uit twee zusterchromatiden. Bedenk dat zusterchromatiden slechts duplicaten zijn van een van de twee homologe chromosomen (behalve de veranderingen die tijdens het oversteken optraden). In meiose II zullen deze twee zusterchromatiden scheiden, waardoor vier haploïde dochtercellen ontstaan.

LINK NAAR LEREN

Bekijk het proces van meiose en observeer hoe chromosomen uitlijnen en migreren bij Meiosis: An Interactive Animation.

  1. Er kunnen alleen fouten optreden tijdens het recombinatieproces, wat kan leiden tot verwijderingen, duplicaties of translocaties die dergelijke afwijkingen veroorzaken.
  2. Aberraties die worden veroorzaakt wanneer een paar homologe chromosomen niet scheiden tijdens anafase I of wanneer zusterchromatiden niet scheiden tijdens anafase II, zullen de dochtercellen ongelijke aantallen chromosomen erven.
  3. Fouten tijdens anafase I van meiose veroorzaken alleen dergelijke aberraties die resulteren in ongelijke aantallen chromosomen.
  4. Fouten tijdens meiose introduceren variaties in de DNA-sequentie, die specifiek alleen afhankelijk zijn van de grootte van de variant.

Meiose II

Bij sommige soorten gaan cellen een korte interfase of interkinese binnen voordat ze meiose II binnengaan. Interkinese mist een S-fase, dus chromosomen worden niet gedupliceerd. De twee cellen geproduceerd in meiose I doorlopen de gebeurtenissen van meiose II synchroon. Tijdens meiose II scheiden de zusterchromatiden in de twee dochtercellen zich en vormen vier nieuwe haploïde gameten. De mechanica van meiose II is vergelijkbaar met mitose, behalve dat elke delende cel slechts één set homologe chromosomen heeft. Daarom heeft elke cel de helft van het aantal zusterchromatiden om te scheiden als een diploïde cel die mitose ondergaat.

Profase II

Als de chromosomen in telofase I decondenseren, condenseren ze weer. Als nucleaire enveloppen werden gevormd, fragmenteren ze in blaasjes. De centrosomen die tijdens interkinese werden gedupliceerd, bewegen van elkaar weg naar tegenovergestelde polen en nieuwe spindels worden gevormd.

Prometafase II

De nucleaire enveloppen zijn volledig afgebroken en de spil is volledig gevormd. Elke zusterchromatide vormt een individuele kinetochoor die zich vanaf tegenovergestelde polen aan microtubuli hecht.

Metafase II

De zusterchromatiden zijn maximaal gecondenseerd en uitgelijnd op de evenaar van de cel.

Anafase II

De zusterchromatiden worden uit elkaar getrokken door de kinetochoor-microtubuli en bewegen naar tegenovergestelde polen. Niet-kinetochoor microtubuli verlengen de cel.

Telofase II en cytokinese

De chromosomen komen aan op tegenovergestelde polen en beginnen te decondenseren. Nucleaire enveloppen vormen zich rond de chromosomen. Cytokinese scheidt de twee cellen in vier unieke haploïde cellen. Op dit punt zijn de nieuw gevormde kernen beide haploïde. De geproduceerde cellen zijn genetisch uniek vanwege het willekeurige assortiment van vaderlijke en maternale homologen en vanwege de recombinatie van maternale en vaderlijke segmenten van chromosomen (met hun sets genen) die optreedt tijdens crossover. Het hele proces van meiose wordt geschetst in figuur 11.6.

Meiose en mitose vergelijken

Mitose en meiose zijn beide vormen van deling van de kern in eukaryote cellen. Ze delen enkele overeenkomsten, maar vertonen ook duidelijke verschillen die tot zeer verschillende uitkomsten leiden (Figuur 11.7). Mitose is een enkele nucleaire deling die resulteert in twee kernen die gewoonlijk worden verdeeld in twee nieuwe cellen. De kernen die het resultaat zijn van een mitotische deling zijn genetisch identiek aan de oorspronkelijke kern. Ze hebben hetzelfde aantal sets chromosomen, één set in het geval van haploïde cellen en twee sets in het geval van diploïde cellen. In de meeste planten en alle diersoorten zijn het typisch diploïde cellen die mitose ondergaan om nieuwe diploïde cellen te vormen. Meiose daarentegen bestaat uit twee nucleaire divisies, wat resulteert in vier kernen die gewoonlijk worden verdeeld in vier nieuwe cellen. De kernen die het gevolg zijn van meiose zijn niet genetisch identiek en bevatten slechts één chromosoomset. Dit is de helft van het aantal chromosoomsets in de oorspronkelijke cel, die diploïde is.

De belangrijkste verschillen tussen mitose en meiose komen voor in meiose I, wat een heel andere nucleaire deling is dan mitose. In meiose I worden de homologe chromosoomparen met elkaar geassocieerd, worden ze aan elkaar gebonden met het synaptonemale complex, ontwikkelen ze chiasmata en ondergaan ze een cross-over tussen zusterchromatiden, en line-up langs de metafaseplaat in tetrads met kinetochoorvezels van tegenovergestelde spilpolen die aan elk zijn bevestigd kinetochoor van een homoloog in een tetrad. Al deze gebeurtenissen vinden alleen plaats in meiose I.

Wanneer de chiasmata oplossen en de tetrad wordt verbroken terwijl de homologen naar de ene of de andere pool gaan, is het ploïdieniveau - het aantal sets chromosomen in elke toekomstige kern - teruggebracht van twee naar één. Om deze reden wordt meiose I een reductiedeling genoemd. Er is geen dergelijke verlaging van het ploïdieniveau tijdens mitose.

Meiose II is veel meer analoog aan een mitotische deling. In dit geval liggen de gedupliceerde chromosomen (slechts één set) op de metafaseplaat met verdeelde kinetochoren die vanaf tegenovergestelde polen aan kinetochoorvezels zijn bevestigd. Tijdens anafase II, zoals in mitotische anafase, delen de kinetochoren zich en wordt één zusterchromatide - nu aangeduid als een chromosoom - naar de ene pool getrokken, terwijl de andere zusterchromatide naar de andere pool wordt getrokken. Als er geen cross-over was geweest, zouden de twee producten van elke individuele meiose II-afdeling identiek zijn (zoals bij mitose). In plaats daarvan zijn ze verschillend omdat er altijd minstens één cross-over per chromosoom is geweest. Meiose II is geen reductiedeling, want hoewel er minder kopieën van het genoom in de resulterende cellen zijn, is er nog steeds één set chromosomen, zoals aan het einde van meiose I.

EVOLUTIE VERBINDING

Het mysterie van de evolutie van meiose

Sommige kenmerken van organismen zijn zo wijdverbreid en fundamenteel dat het soms moeilijk te onthouden is dat ze zich net als andere, eenvoudigere eigenschappen hebben ontwikkeld. Meiose is zo'n buitengewoon complexe reeks cellulaire gebeurtenissen dat biologen moeite hebben gehad om te veronderstellen en te testen hoe het kan zijn geëvolueerd. Hoewel meiose onlosmakelijk verbonden is met seksuele voortplanting en de voor- en nadelen ervan, is het belangrijk om de vragen over de evolutie van meiose en de evolutie van seks te scheiden, omdat vroege meiose om andere redenen voordelig kan zijn geweest dan nu het geval is. Buiten de gebaande paden denken en je voorstellen wat de vroege voordelen van meiose zouden kunnen zijn, is een benadering om te ontdekken hoe het kan zijn geëvolueerd.

Meiose en mitose delen duidelijke cellulaire processen en het is logisch dat meiose is voortgekomen uit mitose. De moeilijkheid ligt in de duidelijke verschillen tussen meiose I en mitose. Adam Wilkins en Robin Holliday 1 vatten de unieke gebeurtenissen samen die moesten plaatsvinden voor de evolutie van meiose van mitose. Deze stappen zijn homologe chromosoomparing, crossover-uitwisselingen, zusterchromatiden die tijdens de anafase gehecht blijven en onderdrukking van DNA-replicatie in de interfase. Ze stellen dat de eerste stap de moeilijkste en belangrijkste is, en dat inzicht in hoe deze is geëvolueerd het evolutionaire proces duidelijker zou maken. Ze suggereren genetische experimenten die licht kunnen werpen op de evolutie van synapsis.

Er zijn andere benaderingen om de evolutie van de lopende meiose te begrijpen. Er bestaan ​​verschillende vormen van meiose bij eencellige protisten. Sommige lijken eenvoudiger of meer "primitieve" vormen van meiose te zijn. Het vergelijken van de meiotische delingen van verschillende protisten kan licht werpen op de evolutie van meiose. Marilee Ramesh en collega's 2 vergeleken de genen die betrokken zijn bij meiose bij protisten om te begrijpen wanneer en waar meiose zou kunnen zijn geëvolueerd. Hoewel het onderzoek nog steeds aan de gang is, suggereert recente wetenschap naar meiose bij protisten dat sommige aspecten van meiose mogelijk later zijn geëvolueerd dan andere. Dit soort genetische vergelijking kan ons vertellen welke aspecten van meiose de oudste zijn en van welke cellulaire processen ze in eerdere cellen kunnen hebben geleend.


Evolutie verbinding

Het mysterie van de evolutie van meioseSommige kenmerken van organismen zijn zo wijdverbreid en fundamenteel dat het soms moeilijk te onthouden is dat ze zich net als andere, eenvoudigere eigenschappen hebben ontwikkeld. Meiose is zo'n buitengewoon complexe reeks cellulaire gebeurtenissen dat biologen moeite hebben gehad om te veronderstellen en te testen hoe het kan zijn geëvolueerd. Hoewel meiose onlosmakelijk verbonden is met seksuele voortplanting en de voor- en nadelen ervan, is het belangrijk om de vragen over de evolutie van meiose en de evolutie van seks te scheiden, omdat vroege meiose om andere redenen voordelig kan zijn geweest dan nu het geval is. Buiten de gebaande paden denken en je voorstellen wat de vroege voordelen van meiose zouden kunnen zijn, is een benadering om te ontdekken hoe het kan zijn geëvolueerd.

Meiose en mitose delen duidelijke cellulaire processen en het is logisch dat meiose is voortgekomen uit mitose. De moeilijkheid ligt in de duidelijke verschillen tussen meiose I en mitose. Adam Wilkins en Robin Holliday

Adam S. Wilkins en Robin Holliday, "De evolutie van meiose van mitose", Genetica 181 (2009): 3–12.

vatte de unieke gebeurtenissen samen die moesten plaatsvinden voor de evolutie van meiose van mitose. Deze stappen zijn homologe chromosoomparing, crossover-uitwisselingen, zusterchromatiden die tijdens de anafase gehecht blijven en onderdrukking van DNA-replicatie in de interfase. Ze stellen dat de eerste stap de moeilijkste en belangrijkste is, en dat inzicht in hoe deze is geëvolueerd het evolutionaire proces duidelijker zou maken. Ze suggereren genetische experimenten die licht kunnen werpen op de evolutie van synapsis.

Er zijn andere benaderingen om de evolutie van de lopende meiose te begrijpen. Er bestaan ​​verschillende vormen van meiose bij eencellige protisten. Sommige lijken eenvoudiger of meer "primitieve" vormen van meiose te zijn. Het vergelijken van de meiotische delingen van verschillende protisten kan licht werpen op de evolutie van meiose. Marilee Ramesh en collega's

Marilee A. Ramesh, Shehre-Banoo Malik en John M. Logsdon, Jr, "Een fylogenetische inventaris van meiotische genen: bewijs voor seks in Giardia en een vroege eukaryote oorsprong van meiose,” Huidige biologie 15 (2005):185–91.

vergeleek de genen die betrokken zijn bij meiose bij protisten om te begrijpen wanneer en waar meiose zou kunnen zijn geëvolueerd. Hoewel het onderzoek nog steeds aan de gang is, suggereert recente wetenschap naar meiose bij protisten dat sommige aspecten van meiose mogelijk later zijn geëvolueerd dan andere. Dit soort genetische vergelijking kan ons vertellen welke aspecten van meiose de oudste zijn en van welke cellulaire processen ze in eerdere cellen kunnen hebben geleend.


Afwisseling van generaties

Het derde levenscyclustype, dat door sommige algen en alle planten wordt gebruikt, is een mengsel van de haploïde-dominante en diploïde-dominante uitersten. Soorten met afwisseling van generaties hebben zowel haploïde als diploïde meercellige organismen als onderdeel van hun levenscyclus. De haploïde meercellige planten heten gametofyten, omdat ze gameten produceren uit gespecialiseerde cellen. Meiose is in dit geval niet direct betrokken bij de productie van gameten, omdat het organisme dat de gameten produceert al een haploïde is. Bevruchting tussen de gameten vormt een diploïde zygote. De zygote zal vele rondes van mitose ondergaan en aanleiding geven tot een diploïde meercellige plant die een sporofyt wordt genoemd. Gespecialiseerde cellen van de sporofyt ondergaan meiose en produceren haploïde sporen. De sporen zullen zich vervolgens ontwikkelen tot gametofyten (Figuur).

Planten hebben een levenscyclus die wisselt tussen een meercellig haploïde organisme en een meercellig diploïde organisme. In sommige planten, zoals varens, zijn zowel de haploïde als de diploïde plantstadia vrijlevend. De diploïde plant wordt een sporofyt genoemd omdat hij haploïde sporen produceert door meiose. De sporen ontwikkelen zich tot meercellige, haploïde planten die gametofyten worden genoemd omdat ze gameten produceren. De gameten van twee individuen zullen samensmelten om een ​​diploïde zygote te vormen die de sporofyt wordt. (credit “varen”: wijziging van werk door Cory Zanker credit “sporangia”: wijziging van werk door “Obsidian Soul”/Wikimedia Commons credit “gametophyte and sporophyte”: wijziging van werk door “Vlmastra”/Wikimedia Commons)

Hoewel alle planten een versie van de afwisseling van generaties gebruiken, variëren de relatieve grootte van de sporofyt en de gametofyt en de relatie daartussen sterk. In planten zoals mos is het gametofytorganisme de vrijlevende plant en is de sporofyt fysiek afhankelijk van de gametofyt. In andere planten, zoals varens, zijn zowel de gametofyt- als de sporofytplant vrijlevend, maar de sporofyt is veel groter. In zaadplanten, zoals magnoliabomen en madeliefjes, bestaat de gametofyt uit slechts enkele cellen en, in het geval van de vrouwelijke gametofyt, wordt deze volledig vastgehouden in de sporofyt.

Seksuele reproductie neemt vele vormen aan in meercellige organismen. Op een bepaald moment in elk type levenscyclus produceert meiose echter haploïde cellen die zullen fuseren met de haploïde cel van een ander organisme. De mechanismen van variatie - cross-over, willekeurig assortiment van homologe chromosomen en willekeurige bevruchting - zijn aanwezig in alle versies van seksuele reproductie. Het feit dat bijna elk meercellig organisme op aarde seksuele voortplanting toepast, is een sterk bewijs voor de voordelen van het produceren van nakomelingen met unieke gencombinaties, hoewel er ook andere mogelijke voordelen zijn.


Sectie Samenvatting

Seksuele reproductie vereist dat diploïde organismen haploïde cellen produceren die tijdens de bevruchting kunnen fuseren om diploïde nakomelingen te vormen. Net als bij mitose vindt DNA-replicatie plaats voorafgaand aan meiose tijdens de S-fase van de celcyclus. Meiose is een reeks gebeurtenissen die chromosomen en chromatiden rangschikken en scheiden in dochtercellen. Tijdens de interfasen van meiose wordt elk chromosoom gedupliceerd. Bij meiose zijn er twee rondes van nucleaire deling, wat resulteert in vier kernen en meestal vier dochtercellen, elk met de helft van het aantal chromosomen als de oudercel. De eerste scheidt homologen en de tweede - zoals mitose - scheidt chromatiden in individuele chromosomen. Tijdens meiose wordt variatie in de dochterkernen geïntroduceerd vanwege cross-over in profase I en willekeurige uitlijning van tetrads in metafase I. De cellen die door meiose worden geproduceerd, zijn genetisch uniek.

Meiose en mitose hebben overeenkomsten, maar hebben verschillende uitkomsten. Mitotische divisies zijn enkele nucleaire divisies die dochterkernen produceren die genetisch identiek zijn en hetzelfde aantal chromosoomsets hebben als de oorspronkelijke cel. Meiotische divisies omvatten twee nucleaire divisies die vier dochterkernen produceren die genetisch verschillend zijn en één chromosoomset hebben in plaats van de twee sets chromosomen in de oudercel. De belangrijkste verschillen tussen de processen treden op in de eerste deling van meiose, waarin homologe chromosomen gepaard gaan en niet-zusterchromatidesegmenten uitwisselen. De homologe chromosomen scheiden zich in verschillende kernen tijdens meiose I, waardoor het ploïdieniveau in de eerste deling wordt verlaagd. De tweede deling van meiose lijkt meer op een mitotische deling, behalve dat de dochtercellen geen identieke genomen bevatten vanwege cross-over.


Biologie 171

Aan het einde van dit gedeelte kunt u het volgende doen:

  • Leg uit dat meiose en seksuele voortplanting sterk geëvolueerde eigenschappen zijn
  • Identificeer variatie tussen nakomelingen als een potentieel evolutionair voordeel van seksuele voortplanting
  • Beschrijf de drie verschillende levenscyclustypes van seksueel voortplantende meercellige organismen.

Seksuele reproductie was waarschijnlijk een vroege evolutionaire innovatie na het verschijnen van eukaryote cellen. Het lijkt zeer succesvol te zijn geweest omdat de meeste eukaryoten zich seksueel kunnen voortplanten en bij veel dieren is het de enige manier van voortplanting. En toch erkennen wetenschappers ook enkele echte nadelen van seksuele voortplanting. Op het eerste gezicht lijkt het creëren van nakomelingen die genetische klonen zijn van de ouder een beter systeem. Als het ouderorganisme met succes een habitat bezet, zouden nakomelingen met dezelfde eigenschappen op dezelfde manier succesvol moeten zijn. Er is ook het duidelijke voordeel voor een organisme dat nakomelingen kan produceren wanneer de omstandigheden gunstig zijn door aseksuele ontluiking, fragmentatie of door ongeslachtelijke eieren te produceren. Deze reproductiemethoden vereisen geen ander organisme van het andere geslacht. Sommige organismen die een eenzame levensstijl leiden, hebben inderdaad het vermogen behouden om zich ongeslachtelijk voort te planten. Bovendien is in aseksuele populaties elk individu in staat tot reproductie. In seksuele populaties produceren de mannetjes niet zelf het nageslacht, dus hypothetisch zou een aseksuele populatie twee keer zo snel kunnen groeien.

Meercellige organismen die uitsluitend afhankelijk zijn van ongeslachtelijke voortplanting zijn echter buitengewoon zeldzaam. Waarom komen meiose en seksuele reproductieve strategieën zo vaak voor? Dit zijn belangrijke (en tot nu toe onbeantwoorde) vragen in de biologie, ook al zijn ze de focus geweest van veel onderzoek vanaf de tweede helft van de 20e eeuw. Er zijn verschillende mogelijke verklaringen, waarvan er één is dat de variatie die seksuele voortplanting creëert bij nakomelingen van groot belang is voor het voortbestaan ​​en de voortplanting van de populatie. Dus gemiddeld zal een seksueel voortplantende populatie meer nakomelingen nalaten dan een anderszins vergelijkbare zich ongeslachtelijk voortplantende populatie. De enige bron van variatie in aseksuele organismen is mutatie. Mutaties die plaatsvinden tijdens de vorming van kiemcellijnen zijn ook de ultieme bron van variatie in seksueel voortplantende organismen. In tegenstelling tot mutatie tijdens ongeslachtelijke voortplanting, kunnen de mutaties tijdens seksuele voortplanting echter voortdurend van de ene generatie naar de volgende worden herschikt wanneer verschillende ouders hun unieke genomen combineren en de genen in verschillende combinaties worden gemengd door cross-overs tijdens profase I en willekeurig assortiment bij metafase L.

De Red Queen Hypothese Genetische variatie is het resultaat van seksuele voortplanting, maar waarom zijn voortdurende variaties nodig, zelfs onder schijnbaar stabiele omgevingsomstandigheden? Voer de Red Queen-hypothese in, voor het eerst voorgesteld door Leigh Van Valen in 1973. 1 Het concept werd genoemd naar de race van de Red Queen in het boek van Lewis Carroll, Door de spiegel.

Alle soorten co-evolueren (samen evolueren) met andere organismen. Roofdieren evolueren bijvoorbeeld met hun prooi en parasieten evolueren met hun gastheren. Elk klein voordeel dat door gunstige variatie wordt behaald, geeft een soort een reproductief voordeel ten opzichte van naaste concurrenten, roofdieren, parasieten of zelfs prooien. De overleving van een bepaald genotype of fenotype in een populatie is echter afhankelijk van de reproductieve geschiktheid van andere genotypen of fenotypes binnen een bepaalde soort. De enige methode waarmee een co-evoluerende soort zijn eigen aandeel in de hulpbronnen kan behouden, is ook: haar voortdurend verbeteren fitness (het vermogen van de leden om meer reproductief levensvatbare nakomelingen te produceren in vergelijking met anderen binnen een soort). Als de ene soort een voordeel krijgt, verhoogt dit de selectie op de andere soort, ze moeten ook een voordeel ontwikkelen of ze zullen worden weggeconcurreerd. Geen enkele soort gaat te ver vooruit omdat genetische variatie tussen de nakomelingen van seksuele reproductie alle soorten een mechanisme biedt om snel te verbeteren. Soorten die het niet bij kunnen houden, sterven uit. De slogan van de Red Queen was: "Je moet al het rennen dat je kunt doen om op dezelfde plek te blijven." Dit is een treffende beschrijving van co-evolutie tussen concurrerende soorten.

Levenscycli van seksueel voortplantende organismen

Bevruchting en meiose wisselen elkaar af in seksuele levenscycli. Wat er tussen deze twee gebeurtenissen gebeurt, hangt af van de 'reproductieve strategie' van het organisme. Het proces van meiose vermindert het aantal chromosomen met de helft. Bevruchting, het samenvoegen van twee haploïde gameten, herstelt de diploïde toestand. Sommige organismen hebben een meercellig diploïde stadium dat het meest voor de hand ligt en produceren alleen haploïde voortplantingscellen. Dieren, inclusief mensen, hebben dit soort levenscyclus. Andere organismen, zoals schimmels, hebben een meercellig haploïde stadium dat het meest voor de hand ligt. Planten en sommige algen hebben een afwisseling van generaties, waarin ze meercellige diploïde en haploïde levensstadia hebben die in verschillende mate zichtbaar zijn, afhankelijk van de groep.

Bijna alle dieren passen een diploïde-dominante levenscyclusstrategie toe waarbij de enige haploïde cellen die door het organisme worden geproduceerd, de gameten zijn. Vroeg in de ontwikkeling van het embryo worden gespecialiseerde diploïde cellen, kiemcellen genoemd, geproduceerd in de geslachtsklieren (zoals de teelballen en eierstokken). Kiemcellen zijn in staat tot mitose om de kiemcellijn te bestendigen en meiose om haploïde gameten te produceren. Zodra de haploïde gameten zijn gevormd, verliezen ze het vermogen om opnieuw te delen. Er is geen meercellige haploïde levensfase. Bevruchting vindt plaats met de fusie van twee gameten, meestal van verschillende individuen, waardoor de diploïde toestand wordt hersteld ((Figuur)).


De meeste schimmels en algen gebruiken een levenscyclustype waarin het 'lichaam' van het organisme - het ecologisch belangrijke deel van de levenscyclus - haploïde is. De haploïde cellen die de weefsels van het dominante meercellige stadium vormen, worden gevormd door mitose. Tijdens seksuele reproductie komen gespecialiseerde haploïde cellen van twee individuen - aangeduid als de (+) en (−) paringstypen - samen om een ​​diploïde zygote te vormen. De zygote ondergaat onmiddellijk meiose om vier haploïde cellen te vormen, genaamd sporen. Hoewel deze sporen haploïde zijn zoals de 'ouders', bevatten ze een nieuwe genetische combinatie van twee ouders. De sporen kunnen gedurende verschillende perioden inactief blijven. Uiteindelijk, wanneer de omstandigheden gunstig zijn, vormen de sporen meercellige haploïde structuren door vele rondes van mitose ((Figuur)).


Als er een mutatie optreedt waardoor een schimmel niet langer in staat is om een ​​minus paringstype te produceren, zal hij zich dan nog kunnen voortplanten?

Het derde levenscyclustype, dat door sommige algen en alle planten wordt gebruikt, is een mengsel van de haploïde-dominante en diploïde-dominante uitersten. Soorten met afwisseling van generaties hebben zowel haploïde als diploïde meercellige organismen als onderdeel van hun levenscyclus. De haploïde meercellige planten worden gametofyten genoemd, omdat ze gameten produceren uit gespecialiseerde cellen. Meiose is in dit geval niet direct betrokken bij de productie van gameten, omdat het organisme dat de gameten produceert al haploïde is. Bevruchting tussen de gameten vormt een diploïde zygote. De zygote zal vele rondes van mitose ondergaan en aanleiding geven tot een diploïde meercellige plant die een sporofyt wordt genoemd. Gespecialiseerde cellen van de sporofyt ondergaan meiose en produceren haploïde sporen. De sporen zullen zich vervolgens ontwikkelen tot gametofyten ((Figuur)).


Hoewel alle planten een versie van de afwisseling van generaties gebruiken, variëren de relatieve grootte van de sporofyt en de gametofyt en de relatie daartussen sterk. In planten zoals mos is het gametofytorganisme de vrijlevende plant en is de sporofyt fysiek afhankelijk van de gametofyt. In andere planten, zoals varens, zijn zowel de gametofyt- als de sporofytplant vrijlevend, maar de sporofyt is veel groter. In zaadplanten, zoals magnoliabomen en madeliefjes, bestaat de gametofyt uit slechts enkele cellen en, in het geval van de vrouwelijke gametofyt, wordt deze volledig vastgehouden in de sporofyt.

Seksuele reproductie neemt vele vormen aan in meercellige organismen. Het feit dat bijna elk meercellig organisme op aarde seksuele voortplanting toepast, is een sterk bewijs voor de voordelen van het produceren van nakomelingen met unieke gencombinaties, hoewel er ook andere mogelijke voordelen zijn.

Sectie Samenvatting

Bijna alle eukaryoten ondergaan seksuele voortplanting. De variatie die door meiose in de voortplantingscellen wordt geïntroduceerd, biedt een belangrijk voordeel dat seksuele voortplanting evolutionair succesvol heeft gemaakt. Meiose en bevruchting wisselen elkaar af in seksuele levenscycli. Het proces van meiose produceert unieke voortplantingscellen, gameten genaamd, die de helft van het aantal chromosomen hebben als de oudercel. Wanneer twee haploïde gameten samensmelten, herstelt dit de diploïde toestand in de nieuwe zygote. De meeste seksueel voortplantende organismen wisselen dus af tussen haploïde en diploïde stadia. De manieren waarop voortplantingscellen worden geproduceerd en de timing tussen meiose en bevruchting variëren echter sterk.

Kunstverbindingen

(Figuur) Als er een mutatie optreedt waardoor een schimmel niet langer in staat is om een ​​minus paringstype te produceren, zal hij zich dan nog kunnen voortplanten?


10.14: Mitose, Meiose en Seksuele Reproductie - Biologie

Hoe verhouden de nakomelingen van ongeslachtelijke en seksuele voortplanting zich tot hun ouders?

Ongeslachtelijke voortplanting produceert nakomelingen die identiek zijn aan de ouders. Seksuele reproductie produceert nakomelingen die genetisch divers zijn.

Wat voor soort reproductie is mitose?

Welk type cellen produceert meiose?

Welk type reproductie wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding? Hoe weet je dat?

Aseksueel omdat er maar één ouder is.

Noem een ​​voordeel van ongeslachtelijke voortplanting

- er kunnen veel organismen worden geproduceerd

Een student probeert te beslissen welk type reproductie een bepaald organisme ondergaat. Ze merkt dat alle nakomelingen identiek zijn aan de ouders. Wat voor soort reproductie is dit?

Ongeslachtelijke voortplanting omdat de nakomelingen identiek zijn

Een wortelcel heeft 30 chromosomen. Hoeveel chromosomen hebben de nieuwe wortelcellen na het ondergaan van mitose?

30 omdat mitose resulteert in hetzelfde aantal chromosomen als de ouders.

Welke twee soorten cellen zijn nodig voor seksuele voortplanting?

Welk type reproductie wordt op de afbeelding getoond?

Ongeslachtelijke voortplanting omdat er maar één plantouder is

hoe verschillen de fasen van meiose van de fasen van mitose?

Wat is het belangrijkste voordeel van seksuele voortplanting ten opzichte van ongeslachtelijke voortplanting?

Meer genetische variatie in het nageslacht

Maak een lijst van de fasen van mitose in volgorde (hint: PMAT)

Profase, Metafase, Anafase, Telofase

Een wortel heeft 30 chromosomen. Hoeveel chromosomen heeft elk van de nakomelingencellen na meiose te hebben ondergaan?

15, omdat bij meiose de nakomelingen de helft van het aantal chromosomen hebben als de ouder

Welk type reproductie wordt weergegeven in het onderstaande diagram? Hoe weet je dat?

Seksueel omdat er geslachtscellen (eieren) zijn

Een hond heeft 76 chromosomen. Hoeveel chromosomen hebben de dochtercellen na meiose?

Waarom hebben de nakomelingen van seksuele reproductie een grotere genetische diversiteit?

Omdat ze genetische informatie hebben van twee gameten (ouders)

Leg uit wat er gebeurt tijdens deze fase van mitose

De chromosomen liggen in het midden van de cel en de spindels zijn in het midden bevestigd. Dit is metafase.

Wat gebeurt er in profase 1 van meiose dat niet gebeurt in mitose?

Crossing over, dat is waar genetische informatie wordt gedeeld.

Welk proces wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding?

Meiose omdat het nageslacht de helft van het aantal chromosomen heeft als de ouder.

Geef DRIE manieren waarop je zou kunnen weten of een organisme zich ongeslachtelijk voortplant.

- Nakomelingen zijn identiek aan de ouder

- SNELLE reproductiesnelheid

- Iets dat de ouder beïnvloedt, heeft ook invloed op het nageslacht

Bij broadcast-paaien verzamelen vissen zich en laten ze sperma en eieren in het water vrij voor bevruchting. Dit type reproductie is een vorm van?

Seksuele voortplanting omdat het gaat om geslachtscellen (ei en sperma)

Vertel de JUISTE volgorde van deze mitosefasen op basis van de foto's

B - Profase, A - Metafase, D - Anafase, C - Telofase

Noem TWEE nadelen van seksuele voortplanting

Welke fase volgt in dit proces van mitose? Wat gebeurt er in die fase?

Telofase. In telofase hervormt de kern, decondenseren de chromosomen en begint de cel te splitsen.

Kies twee fasen van mitose en benoem en beschrijf nauwkeurig wat er in elke fase gebeurt.


10.14: Mitose, Meiose en Seksuele Reproductie - Biologie

Seksuele reproductie stelt de genetische informatie van twee ouders in staat om te recombineren om een ​​nieuw individu te vormen.
Een groot voordeel, vanuit het oogpunt van populatiebiologie, is dat seksuele reproductie veel genetische variatie produceert door het verschuiven van zowel gunstige als schadelijke mutaties.
Seksuele reproductie vereist diploïdie (de staat van het hebben van twee sets chromosomen) met een set chromosomen van elke ouder die een grotere genetische flexibiliteit mogelijk maakt dan haploïdie.
Diploïde cellen kunnen homozygoot of heterozygoot zijn voor een bepaald gen.
De gameten (sperma en eicellen) zijn echter gespecialiseerde haploïde cellen die door meiose worden geproduceerd.
De levenscycli van seksuele organismen hebben zowel diploïde als haploïde fasen.
Sommige schimmels brengen een groot deel van hun leven door als haploïde (1n) en worden alleen diploïde (2n) om gameten te produceren.
De haploïde gameet moet een gespecialiseerde vorm van celdeling ondergaan die bekend staat als meiose, een proces dat een diploïde cel in vier haploïde cellen verdeelt.

Meiosis

Sperma en eicellen worden geproduceerd door twee hoofdprocessen 1) meiose en 2) gespecialiseerde celdifferentiatie.
Gametogenese verschilt sterk tussen spermatogenese en oögenese.
Spermatogenese zet de spermatocyt om in vier spermatiden.
Tijdens oögenese produceert asymmetrische celdeling één grote cel en drie kleine die degenereren tot drie poollichamen.

Meiose produceert genetische diversiteit door het genetische complement van de diploïde cel te recombineren om een ​​haploïde gameet te genereren.
Deze diversiteit hangt af van de segregatie en het assortiment van combinaties van allelen.
Belangrijk is dat diploïde organismen recessieve allelen kunnen dragen van genen die volledig kunnen worden gemaskeerd door het andere (meestal wildtype) allel.
Halverwege de 19e eeuw formuleerde Gregor Mendel zijn "Overervingswetten" op basis van zijn beroemde erwtenexperimenten.
Mendel's "Law of Segregation" zorgt ervoor dat allelen van elk gen van elkaar scheiden tijdens de vorming van gameten.
Mendel's (meer controversiële) "Law of Independent Assortment" suggereert dat allelen van elk gen onafhankelijk van de andere genen scheiden.

Chromosomaal gedrag biedt sterke ondersteuning voor de wetten van segregatie en onafhankelijk assortiment.
De bekende DNA-sequenties van homologe chromosomen zijn immers in wezen hetzelfde.
De chromosomale overervingstheorie (Sutton, begin 1900) was gebaseerd op vijf punten:
1) Kernen bevatten twee sets homologe chromosomen (1 moederlijk en 1 vaderlijk).
2) Chromosoom behoudt zijn identiteit en is genetisch continu gedurende de levenscyclus.
3) De twee sets homologe chromosomen zijn functioneel equivalent.
4) Maternale en vaderlijke homologe chromosomen synapsen tijdens meiose en bewegen vervolgens naar tegenovergestelde polen.
5) Maternale en vaderlijke homologe chromosomen scheiden onafhankelijk van elkaar.

Genetische recombinatie

Vijf voorbeelden van genetische uitwisseling tussen homologe DNA-moleculen betreft homologe recombinatie
1) profase I van meiose (gametogenese)
2) co-infectie van bacteriën met verwante bacteriofagen
3) transformatie van bacteriën (DNA)
4) transductie van bacteriën (transducerende fagen)
5) bacteriële conjugatie

Homologe recombinatie hangt af van gecontroleerde breuk en uitwisseling van DNA is door experimenten aangetoond.
1) Co-infectie van bacteriën met gelabelde bacteriofaag toonde uitwisseling van DNA (label).
2) Labeling van eukaryote chromosomen onthulde dat post-meiotische chromosomen zijn samengesteld uit mengsels van de ouderlijke chromosomen en goed correleren met de genetische recombinatiesnelheden van bekende genen op het chromosoom.

Het Holliday-model van homologe recombinatieN
Het huidige model van het mechanisme van uitwisseling van DNA tussen twee homologe chromosomen verklaart genconversie en genetische recombinatie.
1) Een dubbelstrengs DNA-molecuul ondergaat een enkelstrengs breuk.
2) Het enkelstrengs DNA dringt het complementaire gebied van de dubbelstrengs homoloog binnen.
3) DNA-reparatie (DNA-synthese) van het dsDNA met behulp van het binnendringende ssDNA als sjabloon begint.
4) Wederzijdse invasie resulteert in de vorming van de "dubbele crossover" of Holliday Junction.
5) Takmigratie (beweging van de crossover-structuur) is het resultaat van het afwikkelen en terugspoelen van DNA.
6) Resolutie van de Holliday Junction zal resulteren in ofwel een cross-over-gebeurtenis of genconversie (zonder een cross-over)-gebeurtenis.

Het synaptonemale complex ontwikkelt zich alleen wanneer enkelstrengs DNA met succes het proces van "homologieonderzoek" uitvoert om het uitwisselingsproces te vergemakkelijken.

Recombinant DNA-technologie (recensie)

Recombinante DNA-moleculen worden geproduceerd door .
1) het splitsen van DNA uit twee verschillende bronnen met restrictie-endonucleasen (restrictie-enzymen),
2) het mengen van de fragmenten om de uiteinden van de fragmenten te laten interageren en
3) het koppelen van de fragmenten met DNA-ligase.

Het klonen van specifieke DNA-fragmenten omvat meestal:
1) Insertie van DNA in een vector (een recombinante vector)
2) Introductie van recombinante vector in cellen (meestal E coli)
3) Amplificatie van recombinante vector in de cellen
4) Selectie van cellen die de recombinante vector dragen.
5) Identificatie van de juiste recombinante kloon.

Vaak wordt een "shotgun"-benadering gebruikt om klonen te produceren.
Dit betekent dat in plaats van te beginnen met een bekend specifiek DNA-fragment, "al" het DNA van een bron (aangezien relatief willekeurige stukjes in een vector worden gekloneerd) om te resulteren in een bibliotheek van klonen.
Als de bron van het DNA het genoom van een organisme is, wordt de bibliotheek een genomische bibliotheek genoemd.

Om de tot expressie gebrachte genen van een organisme te onderzoeken, kan het mRNA worden "omgezet" in een complementaire DNA-bibliotheek (cDNA) door het gebruik van het enzym reverse transcriptase.
cDNA wordt gemaakt door poly-T-primers aan de poly-A-staarten van geïsoleerd mRNA te annealen en ssDNA uit de mRNA-template te synthetiseren met reverse transciptase.
Het RNA wordt gehydrolyseerd en een DNA-polymerase genereert de tweede streng om dsDNA te maken.
Het cDNA wordt vervolgens in een vector geïnsereerd en zoals hierboven vermeerderd.
Naarmate de technieken verbeteren, kunnen grotere DNA-segmenten worden gekloond als een continu stuk in gespecialiseerde vectoren zoals cosmiden en kunstmatige gistchromosomen (YAC's).

Voordelen:
1) Recombinanttechnologie stelt ons in staat om grote hoeveelheden medisch belangrijke eiwitten te produceren, waaronder insuline (diabetes), bloedstollingsfactoren (hemofilie), groeihormoon (dwerggroei), weefselplasminogeenactivator (behandeling van bloedstolsels), en nog veel meer.
2) Genetische manipulatie van plantengewassen hangt af van het Ti-plasmide om een ​​van belang zijnd DNA-fragment te integreren in het chromosomale DNA van de plantencel.
Bij vermeerdering wordt het recombinante T-DNA stabiel opgenomen in het genoom van elke cel van de plant.
3) Om menselijke ziekten te modelleren, worden muizen geproduceerd die specifieke genen hebben geïnactiveerd (knock-out muizen) door middel van recombinatie in embryonale stamcellen, gevolgd door generatie van chimere transgene muizen.
4) Gentherapie, wanneer een patiënt wiens ziekte wordt veroorzaakt door defecte kopieën van een gen, wordt behandeld met een functionele kopie van dat gen.
Een mechanisme dat wordt gebruikt om gentherapie uit te voeren, is om eerst bepaalde cellen van een patiënt te verwijderen, het gen te introduceren in vitro breng de cellen vervolgens terug naar de patiënt.
De toepassing van genetische recombinatiewetenschap kan de basis vormen voor veel belangrijke vorderingen in de wetenschap.


Bekijk de video: Mitose - REMAKE (Februari 2023).