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基因转换

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不同类型的基因转换。基因转换可能发生在同一染色体内部,也可能发生在不同染色体之间
染色体发生互换时可能以合成依赖性股黏合(SDSA)或双霍利迪交叉(DHJ)途径完成同源重组,两者皆可能造成基因转换

基因转换(Gene conversion)是生物基因组中一段DNA序列将另一段与其同源的DNA序列取代的机制,可在减数分裂时发生在异型合子同源染色体上对应的基因之间(allelic gene conversion),造成配子细胞在该基因座非孟德尔式遗传英语Non-Mendelian inheritance[1],也可在其他状况下发生在基因组中同源(同基因家族)的两基因(如基因簇串连重复基因英语Tandemly arrayed genes中的数个基因)之间(ectopic gene conversion),使各基因序列趋于一致,造成协同演化英语concerted evolution[2][3]

减数分裂时同源染色体会发生互换,首先Spo11蛋白在一个染色体的DNA上造成双股断裂(DSB),接着断裂DNA的3'端入侵另一染色体的DNA,可以合成依赖性股黏合英语Synthesis-dependent strand annealing(SDSA)或双霍利迪交叉(DHJ)途径完成同源重组,两者均可能造成基因转换的结果[4][5]

基因转换发生时,两同源基因间转换的方向有时不是随机的,许多生物有GC偏向基因转换(GC-biased gene conversion,gBGC)的现象[6][7],即两同源基因为G/C : A/T时,基因转换较倾向以G/C的基因版本取代A/T的版本,此现象会造成互换位点的GC含量提高,有研究显示染色体各区域的互换率与GC比成正相关[6],即互换率较高的重组热点英语recombination hotspots(如哺乳动物性染色体上的伪体染色体区)的GC比较高,也有研究显示tRNA基因、核糖体DNA组蛋白基因等组成基因簇或串连重复基因而经常发生基因转换的基因GC比皆相对较高[1]

基因组中的假基因也可能与其同源且尚能编码蛋白的基因发生基因转换,使后者的序列发生改变[8],例如人类SIGLEC-11乌克兰语SIGLEC11基因5'端的序列即来自一个假基因与其发生基因转换的结果,此基因转换仅在人属发生,改变了其编码的蛋白与某些唾液酸的结合能力,与黑猩猩等其他人科动物相较之下,人类脑部的小胶质细胞大量表现了SIGLEC-11蛋白[9][10]

免疫系统中B细胞成熟的过程中也会发生基因转换,与体细胞超突变同为增加抗体序列多样性的机制[11]

参考文献

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  1. ^ 1.0 1.1 Galtier, N; Piganeau, G; Mouchiroud, D; Duret, L. GC-Content Evolution in Mammalian Genomes: The Biased Gene Conversion Hypothesis. Genetics. 2001-10-01, 159 (2) [2022-09-27]. ISSN 1943-2631. PMC 1461818可免费查阅. PMID 11693127. doi:10.1093/genetics/159.2.907. (原始内容存档于2022-06-21) (英语). 
  2. ^ Graham, Geoffrey J. Tandem genes and clustered genes. Journal of Theoretical Biology. 1995-07-07, 175 (1). ISSN 0022-5193. doi:10.1006/jtbi.1995.0122 (英语). 
  3. ^ Lodish, Harvey; Berk, Arnold; Kaiser, Chris; Krieger, Monty; Bretscher, Anthony; Ploegh, Hidde; Amon, Angelika; Scott, Matthew. Genes, Genomics, and Chromosomes. Molecular Cell Biology 7th. New York: W.H. Freeman Company. 2013: 227–230. ISBN 978-1-4292-3413-9. 
  4. ^ Liu, Yilun; West, Stephen C. Happy Hollidays: 40th anniversary of the Holliday junction. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2004-11, 5 (11) [2022-09-27]. ISSN 1471-0080. doi:10.1038/nrm1502. (原始内容存档于2022-04-19) (英语). 
  5. ^ Maher, Robyn L.; Branagan, Amy M.; Morrical, Scott W. Coordination of DNA replication and recombination activities in the maintenance of genome stability. Journal of Cellular Biochemistry. 2011-10, 112 (10). PMC 3178728可免费查阅. PMID 21647941. doi:10.1002/jcb.23211 (英语). 
  6. ^ 6.0 6.1 Duret, Laurent; Galtier, Nicolas. Biased Gene Conversion and the Evolution of Mammalian Genomic Landscapes. Annual Review of Genomics and Human Genetics. 2009-09-01, 10 (1) [2022-09-27]. ISSN 1527-8204. doi:10.1146/annurev-genom-082908-150001. (原始内容存档于2022-07-06) (英语). 
  7. ^ Pessia, Eugénie; Popa, Alexandra; Mousset, Sylvain; Rezvoy, Clément; Duret, Laurent; Marais, Gabriel A. B. Evidence for Widespread GC-biased Gene Conversion in Eukaryotes. Genome Biology and Evolution. 2012-01-01, 4 (7) [2022-09-27]. ISSN 1759-6653. PMC 5635611可免费查阅. PMID 22628461. doi:10.1093/gbe/evs052. (原始内容存档于2022-02-15) (英语). 
  8. ^ Chen, Jain-Min. Gene Conversion in Evolution and Disease. Wiley. 2001. ISBN 9780470015902. 
  9. ^ Hayakawa, Toshiyuki; Angata, Takashi; Lewis, Amanda L.; Mikkelsen, Tarjei S.; Varki, Nissi M.; Varki, Ajit. A Human-Specific Gene in Microglia. Science. 2005-09-09, 309 (5741). ISSN 0036-8075. doi:10.1126/science.1114321 (英语). 
  10. ^ Chen, Jian-Min; Cooper, David N.; Chuzhanova, Nadia; Férec, Claude; Patrinos, George P. Gene conversion: mechanisms, evolution and human disease. Nature Reviews Genetics. 2007-10, 8 (10) [2022-09-27]. ISSN 1471-0056. doi:10.1038/nrg2193. (原始内容存档于2022-08-06) (英语). 
  11. ^ Tang, Ephraim S.; Martin, Alberto. Immunoglobulin gene conversion: Synthesizing antibody diversification and DNA repair. DNA Repair. 2007-11-01, 6 (11). ISSN 1568-7864. doi:10.1016/j.dnarep.2007.05.002 (英语).