1. Гипотеза «разрыва и воссоединения».
Согласно этой гипотезе кроссинговер осуществляется путем разрывов возникающих одновременно в тождественных точках двух родительских молекул ДНК и последующего ковалентного соединения образовавшихся фрагментов в новых сочетаниях. По мнению ученого Холлидея, разрыв происходит в нитях ДНК одинаковой полярности. Уайтхауз и Хэстингс считают, что в гомологичных хромосомах рвутся нити ДНК, не одинаковой, а разной полярности. Несмотря на различные точки зрения, общим является мнение, что кроссинговер начинается однонитивыми разрывами. Большое значение для осуществления кроссинговера имеют ферменты, такие как: эндонуклеаза - вызывающая разрыв нити ДНК; экзонуклеаза - расширяющая разрывы; ДНК-полимераза - заполняющая образовавшиеся пробелы нуклеотидами; лигаза окончательно воссоединяющая разорванные концы нитей ДНК. Недостаток одного из указанных ферментов может обусловливать нарушение способности к рекомбинации. Следует отметить, что ферменты, участвующие в кроссинговере, очень близки по своим свойствам ферментам, обеспечивающим репарацию.
Таким образом, согласно этой гипотезе кроссинговер протекает без репликации ДНК, а кроссоверная молекула ДНК составлена из вещества двух родительских молекул
2.Гипотеза «выборочного, копирования».
Предполагается, что при кроссинговере не происходит обмена участками между родительскими молекулами ДНК, по записанная в них генетическая информация, частично передается вновь синтезируемой молекуле во время репликации. Эта молекула при своем росте сначала использует в качестве матрицы нить одной из родительских молекул а затем переключается на использование нити другой родительской молекулы. Таким образом, кроссинговер осуществляется в процессе репликации ДНК. Связь кроссоверной молекулы ДНК с родительскими имеет чисто информационный характер: часть получаемой информации поставляет один родитель, часть - другой. Вещество же родительских молекул в кроссоверную молекулу не попадает.Исследования последних лет показали, что при кроссинговере всегда происходит реальный обмен частями двух молекул ДНК и, следовательно, скорее всего, правильна гипотеза «разрыва и воссоединения».Обмен участками между гомологичными хромосомами имеет большое значение для эволюции, т.к. непомерно увеличивает возможности комбинативной изменчивости. Вследствие кроссинговера отбор в процессе эволюции идет не по целым группам сцепления, а по группам генов и даже по отдельным генам. Это очень важно, т.к. в одной группе сцепления могут оказаться гены, кодирующие на ряду с адаптивными и неадаптивные состояния признаков. В результате кроссинговера «полезные» для организма аллели могут быть отделены от «вредных» и возникают более выгодные для существования вида генные комбинации.
Генетическое картирование.
Существование кроссинговера позволило школе Т.Моргана в 1911 - 1914 гг. разработать принцип построения генетических карт. В основу принципа положено представление о расположении генов по длине хромосомы в линейном порядке; Допустим, что к одной группе сцепления относятся гены А и В. по результатам скрещивания установлено, что расстояние между ними 10 Морганид (10% кроссинговера). При дальнейших исследованиях установлено, что к этой же группе относится ген С. Чтобы установить его место в группе сцепления, необходимо выяснить: какой процент кроссинговера он дает с обоими из двух уже известных генов. Например, если по отношению к гену А он дает 3% кроссинговера, а по отношению к гену В - 7%, то он располагается между генами А и В.
Наиболее подробно генетические карты составлены для дрозофилы, кукурузы, томатов, мышей, кур. Начато составление генетических карт у человека. Уже известны 24 группы сцепления: 22 аутосомные и группы сцепления Х и У хромосом.
Генетические карты отличаются от хромосомных. При генетическом картировании устанавливается: какие гены относятся к данной группе сцепления, в каком порядке и на каком расстоянии друг от друга они располагаются в группе сцепления. При составлении хромосомных карт устанавливается локализация генов в определенных локусах определенных хромосом (короткое или длинное, плечо, сегмент, околоцентромерная зона).
Установить группы сцепления, а тем более постоить карты хромосом человека пользуясь традиционными методами принятыми для растений и животных невозможно. Для этого используется метод гибридизации соматических клеток человека и мыши в культуре ткани, при обработке их вирусом Сендай. При этом образуются гибридомы (гибридные клетки) содержащие хромосомы одного и другого вида. В норме клетки мыши имеют 40 хромосом, человека - 46, в гибридных клетках следует ожидать суммарное число хромосом - 86, Но этого не бывает, чаще всего гибридные клетки содержат от 41 до 55 хромосом. При этом хромосомы мыши сохраняются все, а утрачиваются какие-либо хромосомы человека. Потеря тех или иных хромосом случайна, поэтому гибридные клетки имеют разные наборы хромосом.
В гибридных клетках функционируют и хромосомы человека и хромосомы мыши, синтезируя соответствующие белки. Морфологически каждую из хромосом человека и мыши можно отличить и установить какие именно хромосомы человека присутствуют в данном наборе , и выяснить, синтез каких белков связан с генами данных хромосом. Гибридные клетки обычно теряют ту или иную хромосому целиком. Это дает возможность определить, какие гены должны быть отнесены к одной группе сцепления. Этим методом удалось установить все возможные для человека группы сцепления. Используя хромосомные аберрации можно определить расположение генов в хромосоме. Наибольшее число удалось локализовать в Х-хромосоме. Здесь их известно 95. В первой хромосоме известно 24 гена. Гены, определяющие группы крови по системе АВО, локализованы в 9ой хромосоме, определяющие группы крови по системе MN - во 2ой, ген Rh - в 1ой. В этой же хромосоме расположен ген, определяющий форму эритроцитов. В настоящее время полностью картированы 11, 17, 19, 21 и Х-хромосома человека. Составляется хромосомная карта 3ей хромосомы.
Составление хромосомных карт человека, определение локализации патологических генов в хромосомах имеет большое значение для диагностики и профилактики наследственных заболевании человека.