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Riarrangiamento genetico nella meiosi

Ogni gamete è geneticamente unico a causa di due caratteristiche della meiosi I: il crossing-over e l'assortimento casuale di omologhi paterni e materni (Figura 1a).

La Figura 1 a mostra le diverse fasi della meiosi. La cellula inizia il processo nell'interfase, dove il DNA viene condensato, seguito dalla Profase uno, dove si formano cromosomi duplicati. Poi passa alla Meiosi uno che consiste nella Prometafase uno, dove i microtubuli della fibra del fuso sono attaccati ai centri dei cromosomi, Metafase uno, dove i cromosomi sono disposti al centro della cellula, Anafase uno, dove i cromosomi vengono separati, e Telofase uno, dove i cromosomi arrivano ai poli opposti della cellula. La meiosi uno si conclude con la citochinesi, dando luogo a due cellule aploidi. Nella meiosi due, ogni cellula passa attraverso le stesse fasi della meiosi uno, ma questa volta i cromatidi fratelli sono separati nell'anafase due e l'intero processo produce la formazione di quattro cellule aploidi uniche. La figura 1 b mostra esempi di possibili disposizioni dei cromosomi. L'esempio uno mostra una disposizione in cui i cromosomi materni e paterni si separano indipendentemente, indicati con il rosso in una cellula figlia e il blu nell'altra. Questo porta a due diverse disposizioni. Il secondo esempio mostra una disposizione in cui i cromosomi materni e paterni sono mischiati, il che porta ad altri due tipi di disposizione nelle cellule figlie, con cromosomi blu e rossi mischiati. Quindi questa illustrazione mostra quattro diverse disposizioni.

Figura 1: a) Meiosi con crossing-over (profase I) e assortimento casuale (metafase I). b) Segregazione casuale dei cromosomi nella meiosi.

Crossing-over

Nella meiosi 1 i cromosomi si replicano, proprio come nella mitosi. A differenza della mitosi, la versione paterna e quella materna di ogni cromosoma, la coppia omologa, si accoppiano (Figura 1a). Questa disposizione permette la ricombinazione genetica. Durante questo processo di crossing over, porzioni equivalenti, ma non identiche, dei cromosomi vengono scambiate. Per esempio, il gene materno per il colore degli occhi può essere scambiato con l'equivalente paterno. Di conseguenza, il cromosoma paterno contiene alcuni geni del cromosoma materno e viceversa. I nuovi cromosomi sono geneticamente unici; osserva come nella Figura 1a piccole porzioni degli omologhi rosso e blu sono state scambiate.

Assortimento casuale

Nella meiosi II tardiva, prima della citochinesi, le coppie omologhe si separano e un omologo viene tirato in ogni cellula figlia. La disposizione dei cromosomi è casuale, pertanto ogni cellula figlia potrebbe ereditare il cromosoma paterno, ma l'omologo materno da un altro cromosoma. Osserva come nella figura 1a ogni cellula figlia contiene alcuni cromosomi rossi e alcuni blu.

Poiché sia il crossing-over che l'assortimento casuale si applicano a tutte le 23 coppie di cromosomi, il numero di possibili variazioni è enorme. Gli esseri umani e gli altri organismi che si riproducono sessualmente sono quindi tutti geneticamente unici. Usiamo un'immagine di esempio con due cromosomi (n=2) che subiscono un assortimento indipendente nella metafase I. In questo caso, ci sono due possibili disposizioni; i cromosomi paterni e materni potrebbero separarsi indipendentemente come si vede nel pannello superiore della figura 1b, o i cromosomi materni e paterni potrebbero mescolarsi come mostrato nel pannello inferiore della figura 1b. Questo significa che ci sono quattro possibili disposizioni. Con più cromosomi, il numero di disposizioni possibili aumenta enormemente.