La ricombinazione genetica è "il fenomeno che porta alla comparsa, in una cellula o in un individuo, di geni o caratteri ereditati in una combinazione diversa da quella osservata nelle cellule o negli individui parentali" . Questa definizione copre due processi complementari che sono la miscelazione intra e intercromosomica, è ancora la definizione utilizzata in genetica , genetica delle popolazioni o virologia e può essere considerata sinonimo di miscelazione genetica .
Tuttavia, lo sviluppo della biologia molecolare ha portato a una diversa interpretazione di questa definizione da parte della comunità scientifica. Nella biologia molecolare il termine ricombinazione genetica è spesso usato come sinonimo di ricombinazione del DNA, cioè i processi mediante i quali una molecola di DNA (o RNA ) viene tagliata e poi unita a un'altra. Le ricombinazioni genetiche indotte artificialmente sono anche uno strumento essenziale nella biologia molecolare e nell'ingegneria genetica . Generando nuove combinazioni genetiche, le ricombinazioni naturali sono uno dei meccanismi all'origine della diversità di una popolazione. Questa mescolanza genetica, facilitata dalla riproduzione sessuale , è uno dei meccanismi essenziali dell'evoluzione delle specie .
La ricombinazione genetica è uno scambio di informazioni genetiche tra due genomi differenti o tra due cromosomi. Generalmente è uno scambio tra frammenti di DNA. Ma in alcuni virus come l' influenza , è lo scambio di RNA. Ciò consente di creare nuove combinazioni genetiche e quindi nuovi genomi. La ricombinazione è un fenomeno naturale e universale nel mondo vivente ed è uno dei fattori essenziali per mantenere la diversità genetica in una popolazione. La formazione di nuove combinazioni genetiche garantisce la miscelazione genetica e il mantenimento della diversità genetica in una popolazione, il che aumenta la possibilità per una specie di adattarsi a un cambiamento nell'ambiente. La ricombinazione è quindi uno dei processi essenziali nell'evoluzione delle specie.
A causa del costo associato alla sintesi degli enzimi necessari al processo, il mantenimento della ricombinazione è necessariamente associato ad un vantaggio evolutivo . L'ipotesi più probabile, almeno negli eucarioti , è correlata a una migliore miscelazione genetica durante la riproduzione sessuale . In assenza di ricombinazione, i cromosomi verrebbero ridistribuiti in modo casuale durante la meiosi , ma i geni legati sullo stesso cromosoma rimarrebbero sempre associati. La ricombinazione, consentendo il riassortimento degli aplotipi , permette di diminuire lo squilibrio di legame e di creare nuove combinazioni, aumentando così la diversità genetica all'interno della popolazione. L'evoluzione della funzione di ricombinazione si scontra tuttavia con gli stessi ostacoli teorici dell'evoluzione della riproduzione sessuale, ed è probabile che avvenga solo in condizioni demografiche (dimensione della popolazione) e genetiche (importanza e direzionalità delle interazioni). Genetiche ) specifiche e non ancora chiaramente chiarito.
Nelle specie eucariotiche , la miscelazione genetica si verifica durante la riproduzione sessuale della specie . Ogni individuo ha due diversi alleli di ciascun gene se è eterozigote per questi alleli (altrimenti si dice che sia omozigote ). Durante la riproduzione sessuale , il nuovo individuo erediterà, per ogni gene , uno dei due alleli dal suo primo genitore - scelto casualmente - e uno dei due alleli dall'altro genitore. Il patrimonio genetico del nuovo individuo è così composto a caso da parte del patrimonio di ciascuno dei suoi due genitori. Ciò consente al materiale genetico di diffondersi all'interno della specie.
Esistono due tipi principali di miscelazione genetica, che si verificano nella meiosi :
Pertanto la miscelazione intercromosomica e la fecondazione portano più di 64.000 miliardi (64 × 10 12 ) combinazioni genetiche originali e quindi discendenti diversi se escludiamo casi di forte consanguineità . Aggiungendo ricombinazioni intra-cromosomiche, il numero di combinazioni originali e quindi di discendenti diversi aumenta ulteriormente e rende quasi nulla la probabilità di avere due individui con lo stesso genoma (esclusi gemelli identici ) quasi nulla.
Ci sono tre possibili meccanismi: coniugazione batterica , trasformazione dei batteri e trasduzione . Grete Kellenberger ha fatto importanti scoperte in quest'area studiando il fago lambda: mostra che la ricombinazione è dovuta allo scambio fisico del DNA, piuttosto che alla replicazione selettiva.
La comparsa di un nuovo virus ( H5N1 ) è anche un esempio di ricombinazione genetica.
Le ricombinazioni genetiche hanno quindi l'effetto di creare nuove varietà di animali o piante che possono essere di interesse per l' agricoltura . Queste varietà ricombinanti possono essere ottenute per incrocio naturale, incrocio artificiale. Le ricombinazioni genetiche possono anche essere indotte attraverso la biologia molecolare e le tecnologie di manipolazione del DNA. Stiamo parlando di un OGM .
Ciò richiede la presenza di sequenze omologhe tra due regioni di DNA.
Il complesso RecBCD svolge il DNA e taglia un filamento vicino a un sito chi. Viene prodotta un'estremità 5 'a singolo filamento che invaderà la molecola omologa. La proteina RecA si occuperà quindi di cercare una sequenza omologa: si lega al singolo filamento con SSB e unisce le due sequenze. La formazione di un eteroduplex termina con l'azione della ligasi. L'eteroduplex ruota quindi portando alla formazione della giunzione di Holliday . Sotto l'azione della proteina RuvAB, questa giunzione migrerà e sarà tagliata (risoluzione) grazie a RuvC. Esistono due possibili tagli che portano a un crossing over (ricombinazione tra alleli) oa una zona eteroduplex (la probabilità di occorrenza è identica).
Complesso Rad51: ruolo della proteina RecA.
Il termine ricombinazione omologa corrisponde ad un evento di ricombinazione genetica tra due sequenze identiche situate su 2 molecole di DNA differenti, o distanti tra loro sulla stessa molecola. Questo processo è molto comune nel lievito e quindi ampiamente utilizzato come strumento di biologia molecolare in questo caso.
La ricombinazione illegittima (o non omologa) è un processo cellulare che porta alla riunificazione di due frammenti di DNA che mostrano poca o nessuna omologia di sequenza. È all'origine di varie anomalie genomiche (delezione, inserimento, traslocazione, amplificazione genica, integrazione virale) coinvolte nella comparsa di malattie genetiche o nello sviluppo di tumori. Consente l'eliminazione di rotture accidentali del doppio filamento della catena nucleotidica, a seguito di errori nel normale metabolismo del DNA (replicazione, trascrizione, riparazione) o per la presenza di lesioni del DNA prodotte da agenti genotossici.
Fase di riconoscimento guidato degli enzimi di restrizione . L'accoppiamento tra le due molecole durante la ricombinazione non è spiegato. L'enzima di restrizione riconosce sequenze nucleotidiche specifiche.