Sebuah duplikasi kromosom menggambarkan sebagian kecil dari DNA yang muncul dua kali sebagai produk dari rekombinasi genetik. Duplikasi kromosom, duplikasi atau amplifikasi gen merupakan salah satu sumber pembangkitan variabilitas dan evolusi pada makhluk hidup.
Duplikasi kromosom adalah jenis mutasi, karena melibatkan perubahan urutan normal DNA di wilayah kromosom. Mutasi lain pada tingkat kromosom termasuk penyisipan kromosom, inversi, translokasi, dan penghapusan.
Duplikasi kromosom atau kromosom. Courtesy: National Human Genome Research Institute [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], melalui Wikimedia Commons
Duplikasi kromosom dapat terjadi di situs sumber yang sama dengan fragmen yang digandakan. Ini adalah duplikasi batch. Duplikat batch dapat terdiri dari dua jenis: langsung atau terbalik.
Duplikat langsung adalah mereka yang mengulangi informasi dan orientasi dari fragmen yang diulang. Dalam fragmen duplikat terbalik batch, informasi diulang, tetapi fragmen berorientasi pada arah yang berlawanan.
Dalam kasus lain, duplikasi kromosom dapat terjadi di tempat lain atau bahkan di kromosom lain. Ini menghasilkan salinan ektopik dari urutan yang dapat berfungsi sebagai substrat untuk crossover dan menjadi sumber rekombinasi yang menyimpang. Tergantung pada ukuran yang terlibat, duplikasi dapat berupa duplikasi makro atau mikro.
Secara evolusioner, duplikasi menghasilkan variabilitas dan perubahan. Pada tingkat individu, bagaimanapun, duplikasi kromosom dapat menyebabkan masalah kesehatan yang serius.
Indeks artikel
Mekanisme duplikasi kromosom
Duplikasi paling sering terjadi di daerah DNA yang memiliki urutan berulang. Ini adalah substrat dari peristiwa rekombinasi, bahkan jika itu terjadi di antara wilayah yang tidak homolog sempurna.
Rekombinasi ini dikatakan tidak sah. Secara mekanis mereka bergantung pada kesamaan urutan, tetapi secara genetik mereka dapat dilakukan antara kromosom non-homolog.
Pada manusia kita memiliki beberapa jenis urutan berulang. Yang sangat berulang termasuk yang disebut DNA satelit, terbatas pada sentromer (dan beberapa daerah heterokromatik).
Lainnya, cukup berulang, termasuk, misalnya, batch mengulangi kode itu untuk RNA ribosom. Daerah yang berulang atau terduplikasi ini terletak di situs yang sangat spesifik yang disebut daerah pengorganisasian nukleolus (NOR).
NOR, pada manusia, terletak di daerah subtelomerik dari lima kromosom yang berbeda. Setiap NOR, pada bagiannya, terdiri dari ratusan hingga ribuan salinan dari wilayah pengkodean yang sama pada organisme yang berbeda.
Tetapi kita juga memiliki daerah berulang lainnya yang tersebar di seluruh genom, dengan komposisi dan ukuran yang beragam. Semua dapat bergabung kembali dan menimbulkan duplikasi. Bahkan, banyak dari mereka adalah produk dari duplikasi mereka sendiri, in situ atau ektopik. Ini termasuk, namun tidak terbatas pada, minisatelit dan mikrosatelit.
Duplikasi kromosom juga dapat muncul, lebih jarang, dengan bergabungnya ujung-ujung yang tidak homolog. Ini adalah mekanisme rekombinasi non-homolog yang diamati pada beberapa peristiwa perbaikan kerusakan pita ganda DNA.
Duplikasi kromosom dalam evolusi gen
Ketika sebuah gen diduplikasi di tempat yang sama, atau bahkan di tempat yang berbeda, itu menciptakan lokus dengan urutan dan makna. Artinya, urutan yang bermakna. Jika tetap seperti itu, itu akan menjadi gen duplikat dari, dan dari, gen induknya.
Tapi itu mungkin tidak tunduk pada tekanan selektif yang sama seperti gen induk dan mungkin bermutasi. Jumlah dari perubahan ini terkadang dapat menyebabkan munculnya fungsi baru. Sudah gen tersebut juga akan menjadi gen baru.
Duplikasi lokus globin leluhur, misalnya, menyebabkan evolusi munculnya keluarga globin. Translokasi berikutnya dan duplikasi berturut-turut membuat keluarga tumbuh dengan anggota baru melakukan fungsi yang sama, tetapi cocok untuk kondisi yang berbeda.
Keluarga gen globin. Yuhrt [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], Melalui Wikimedia Commons.
Duplikasi kromosom dalam evolusi spesies
Dalam suatu organisme, duplikasi gen mengarah ke generasi salinan yang disebut gen paralog. Kasus yang dipelajari dengan baik adalah gen globin yang disebutkan di atas. Salah satu globin yang paling terkenal adalah hemoglobin.
Sangat sulit untuk membayangkan bahwa hanya daerah pengkodean suatu gen yang diduplikasi. Oleh karena itu, setiap gen paralog berasosiasi dengan daerah paralog pada organisme yang mengalami duplikasi.
Dalam perjalanan evolusi, duplikasi kromosom telah memainkan peran penting dalam berbagai cara. Di satu sisi, mereka menduplikasi informasi yang dapat memunculkan fungsi baru dengan mengubah gen dengan fungsi sebelumnya.
Di sisi lain, menempatkan duplikasi dalam konteks genomik lain (kromosom lain, misalnya) dapat menghasilkan paralog dengan regulasi yang berbeda. Artinya, dapat menghasilkan kapasitas adaptif yang lebih besar.
Akhirnya, daerah pertukaran juga diciptakan oleh rekombinasi yang mengarah pada penataan ulang genom yang besar. Ini pada gilirannya dapat mewakili asal mula peristiwa spesiasi dalam garis keturunan makroevolusi tertentu.
Masalah yang dapat disebabkan oleh mikroduplikasi pada individu
Kemajuan dalam teknologi sekuensing generasi berikutnya, serta pewarnaan dan hibridisasi kromosom, sekarang memungkinkan kita untuk melihat asosiasi baru. Asosiasi ini termasuk manifestasi penyakit tertentu karena keuntungan (duplikasi) atau kehilangan (penghapusan) informasi genetik.
Duplikasi genetik dikaitkan dengan perubahan dosis gen dan persilangan yang menyimpang. Bagaimanapun, mereka menyebabkan ketidakseimbangan informasi genetik, yang terkadang memanifestasikan dirinya sebagai penyakit atau sindrom.
Sindrom Charcot-Marie-Tooth tipe 1A, misalnya, dikaitkan dengan mikroduplikasi wilayah yang mencakup gen PMP22. Sindrom ini juga dikenal dengan nama neuropati motorik dan sensorik herediter.
Ada fragmen kromosom yang rentan terhadap perubahan ini. Faktanya, wilayah 22q11 membawa banyak pengulangan nomor salinan rendah khusus untuk bagian genom itu.
Yaitu, dari wilayah pita 11 dari lengan panjang kromosom 22. Duplikasi ini dikaitkan dengan banyak kelainan genetik, termasuk keterbelakangan mental, malformasi okular, mikrosefali, dll.
Dalam kasus duplikasi yang lebih luas, trisomi parsial dapat muncul, dengan efek berbahaya pada kesehatan organisme.
Referensi
- Cordovez, JA, Capasso, J., Lingao, MD, Sadagopan, KA, Spaeth, GL, Wasserman, BN, Levin, AV (2014) Manifestasi okular dari mikroduplikasi 22q11.2. Oftalmologi, 121: 392-398.
- Cukup baik, UW (1984) Genetika. WB Saunders Co. Ltd, Philadelphia, PA, AS.
- Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). Pengantar Analisis Genetika (Edisi ke-11). New York: WH Freeman, New York, NY, AS.
- Hardison, RC (2012) Evolusi hemoglobin dan gennya. Perspektif Pelabuhan Mata Air Dingin dalam Kedokteran 12, doi: 10.1101 / cshperspect.a011627
- Weise, A., Mrasek, K., Klein, E., Mulatinho, M., Llerena Jr., JC, Hardekopf, D., Pekova, S., Bhatt, S., Kosyakova, N., Liehr, T. (2012) Mikrodelesi dan sindrom mikroduplikasi. Jurnal Histokimia & Sitokimia 60, doi: 10.1369 / 0022155412440001
