Janning_V4 150..151

150
12
Struktur und Funktion der DNA
Abb. 12.18 Nachweis fr die Durchtrennung
und die Verschmelzung von DNA-Moleklen.
a Die DNA der beiden l-Phagenstmme („schwere“ DNA, hellblau und „leichte“ DNA, dunkelblau).
b Gleichzeitige Infektion von Bakterien mit den
beiden Phagenstmmen.
c CsCl-Dichtegradienten-Auftrennung der DNA
aus Bakterien nach der Infektion. Das Vorkommen
von DNA-Banden mit intermedirer Dichte zeigt,
dass es DNA-Molekle gibt, die z. T. aus „leichter“,
z. T. aus „schwerer“ DNA bestehen.
a
„schwere“ DNA
„leichte“ DNA
Kopf
Schwanz
Fibrillen
Endplatte
c+ mi+
Infektion „schwere“
DNA
c
mi
„leichte“
DNA
Infektion
b
infizierte Bakterien
Phagen-DNA
Rekombination
Bakterien-DNA
c
c+ mi+
„leichte“ DNA
„schwere“ DNA
DNA intermediärer Dichte
c
mi+
c
mi
„leichte“ DNA (mit den „leichten“ Isotopen 14N und 12C markiert)
(Abb. 12.18 a).
Nach gleichzeitiger Infektion der Bakterien mit beiden Stmmen
wurde die DNA isoliert und in einem CsCl-Dichtegradienten aufgetrennt. Es fanden sich neben den „schweren“ und „leichten“ DNA-Moleklen auch solche, deren Dichte zwischen diesen beiden Werten lag
(Abb. 12.18 c). Einige rekombinante DNA-Molekle, deren Dichte sehr
nah an der der „schweren“ DNA lag, besaßen den Genotyp c mi+, was
nur durch Durchtrennung und anschließenden Austausch zwischen den
beiden Genen c und mi zu erklren ist. Das rekombinante DNA-Molekl
besteht also in diesem Fall zum grßten Teil aus „schwerer“ DNA, nur
der letzte Abschnitt enthlt „leichte“ DNA (Abb. 12.18 c). Dies fhrte zur
Formulierung des „Bruch-und-Reunion-Modells“ zur Erklrung der molekularen Vorgnge bei der Rekombination.
12.8.1
Das Holliday-Modell
Ein Modell zur Erklrung der molekularen Vorgnge, die sich whrend
der Rekombination ereignen, wurde 1964 von Robin Holliday formuliert
Janning, Knust, Genetik (ISBN 3131287713), 2004 Georg Thieme Verlag
12.8
a
3'
Chromatide 1
5'
Chromosom 1
+
...vg
3'
...vg+
Chromatide 2
5'
Tetrade
5'
...vg
3'
Chromatide 3
Chromosom 2
5'
...vg
3'
Chromatide 4
b
...vg+
Chromatide 2
...vg
Chromatide 3
G
5'
bw...
3'
C
G
5'
3' Durchtrennen jeweils
eines Einzelstrangs an
homologen Positionen
3'
durch Endonuklease
bw+...
5'
bw...
C
T
A
T
bw+... 3'
5'
A
G
bw...
T
C
Holliday-Struktur
+
bw ...
Auflösung der Holliday-Struktur
Chromatide
...vg+
2
Chromatide
...vg
3
Chromatide
...vg+
2/3
Chromatide
...vg
3/2
Chromatide
...vg+
2/3
Chromatide
...vg
3/2
G
I
T
C
A
II
bw+...
...vg
bw...
T
C
G
T
C
A
I
G
bw+...
A
Crossover
G
...vg+
bw...
...vg+
...vg
G
Chromatide
2
II
Chromatide
bw+...
3
bw...
bw...
T
C
bw+...
A
kein Crossover
Chromatide
2
Chromatide
3
bw+...
T
C
bw...
A
Rekombination
151
Abb. 12.19 Holliday-Modell zur Erklrung der
Rekombination.
a Tetrade whrend der Paarung der homologen
Chromosomen in der ersten meiotischen Prophase. Rot = mtterliche Schwesterchromatiden,
Genotyp (Beispiel Drosophila, s. Tab. 4.1): vg+ bw/
vg+ bw. blau = vterliche Schwesterchromatiden,
Genotyp: vg bw+/vg bw+. Mtterliche und vterliche Chromosomen unterscheiden sich außerdem
in einem Basenpaar (G-C bzw. A-T) Gelb = Endonuklease.
b Nur noch die beiden am Crossover beteiligten
Nicht-Schwesterchromatiden (Chromatide 2 und
3) sind whrend des Einzelstrangaustausches dargestellt.
c Die Auflsung der Holliday-Struktur erfolgt
durch Schneiden der Einzelstrnge. Dies kann auf
zwei verschiedenen Wegen erfolgen. Weitere Erluterungen s. Text.
A
c
Rekombination
keine Rekombination
(Holliday-Modell). Nach diesem erfolgt die Rekombination in der
Meiose in mehreren Schritten (Abb. 12.19).
1. Wenn in der Meiose die vier Chromatiden einer Tetrade gepaart vorliegen (Prophase I), erfolgt in einem ersten Schritt die Durchtrennung
von jeweils einem DNA-Einzelstrang einer mtterlichen und einer
vterlichen Doppelhelix. Das Durchtrennen erfolgt durch Enzyme,
die DNA-Einzel- oder Doppelstrnge intern schneiden (Endonukleasen), wobei die Schnittstellen jeweils an den homologen Stellen lie-
Janning, Knust, Genetik (ISBN 3131287713), 2004 Georg Thieme Verlag