Cơ sở phân tử để thừa kế [sửa]
DNA và nhiễm sắc thể [sửa]
Các bài báo chính: DNA và Chromosome
Cơ cấu phân tử của DNA. Các cặp kết hợp thông qua sự sắp xếp liên kết hydro giữa các sợi.
Cơ sở phân tử cho các gen là deoxyribonucleic acid (DNA). DNA bao gồm một chuỗi các nucleotide, trong đó có bốn loại: adenine (A), cytosine (C), guanine (G), và thymine (T). Thông tin di truyền tồn tại trong chuỗi những nucleotide này, và các gen tồn tại dưới dạng các dải chuỗi dọc theo chuỗi DNA. [46] Virus chỉ là ngoại lệ đối với quy tắc này – đôi khi virus sử dụng RNA phân tử rất giống nhau thay vì DNA làm vật liệu di truyền của chúng. [47] Virus không thể sinh sản mà không có máy chủ và không bị ảnh hưởng bởi nhiều quá trình di truyền, do đó thường không được coi là sinh vật sống.
DNA thường tồn tại như là một phân tử có sợi kép, được cuộn lại thành hình xoắn kép. Mỗi nucleotide trong DNA đều ưu tiên cặp với nucleotide đối tác của nó trên sợi đối diện: Một cặp với cặp T, và C với G. Do đó, ở dạng sợi hai mảnh, mỗi sợi có chứa tất cả các thông tin cần thiết, dư thừa với sợi đối tác của nó. Cơ cấu DNA này là cơ sở vật chất cho việc thừa kế: nhân bản DNA sao chép thông tin di truyền bằng cách tách các sợi và sử dụng mỗi sợi như là một khuôn mẫu để tổng hợp một sợi dây đối tác mới. [48]
Các gen được sắp xếp theo tuyến tính dọc theo các chuỗi dài của các trình tự cặp base DNA. Trong vi khuẩn, mỗi tế bào thường chứa một genophore tròn, trong khi các sinh vật nhân chuẩn (như thực vật và động vật) có DNA được sắp xếp trong các nhiễm sắc thể tuyến tính nhiều. Những sợi ADN này thường rất dài; ví dụ, nhiễm sắc thể lớn nhất của con người là khoảng 247 triệu cặp base có chiều dài. [49] DNA của nhiễm sắc thể liên kết với các protein cấu trúc tổ chức, thu nhỏ và kiểm soát việc tiếp cận DNA, tạo thành một chất gọi là chromatin; ở sinh vật nhân chuẩn, nhiễm sắc thể thường bao gồm nucleosome, các phân đoạn của DNA xung quanh lõi protein histone. [50] Tập hợp đầy đủ các tài liệu di truyền trong một cơ thể (thường là kết hợp DNA của tất cả các nhiễm sắc thể) được gọi là bộ gen.
Trong khi các sinh vật haploid chỉ có một bản sao của mỗi nhiễm sắc thể, hầu hết động vật và nhiều loài thực vật đều có hai cực, chứa hai nhiễm sắc thể và do đó có hai bản sao của mỗi gen. [38] Hai allele cho một gen nằm trên locus giống hệt nhau của hai nhiễm sắc thể tương đồng, mỗi allele được thừa hưởng từ một người cha khác nhau.
Sơ đồ phân chia tế bào eukaryotic của Walther Flemming năm 1882. Nhiễm sắc thể được sao chép, cô đặc và tổ chức. Sau đó, khi tế bào phân chia, bản sao nhiễm sắc thể tách biệt thành các tế bào con gái.
Nhiều loài có cái gọi là nhiễm sắc thể giới tính xác định giới tính của mỗi sinh vật. [51] Ở người và nhiều động vật khác, nhiễm sắc thể Y chứa gen kích thích sự phát triển của các đặc điểm đặc trưng của nam giới. Trong tiến hóa, nhiễm sắc thể này đã mất hầu hết các nội dung của nó và hầu hết các gen của nó, trong khi nhiễm sắc thể X cũng tương tự như các nhiễm sắc thể khác và chứa nhiều gen. Các nhiễm sắc thể X và Y tạo thành một cặp không đồng nhất mạnh mẽ.
Sinh sản [sửa]
Các bài báo chính: Sinh sản vô tính và Sinh sản tình dục
Khi tế bào phân chia, toàn bộ bộ gen của chúng sẽ được sao chép và mỗi tế bào con kế thừa một bản sao. Quá trình này được gọi là phân bào (mitosis), là dạng sinh sản đơn giản nhất và là cơ sở để sinh sản vô tính. Sinh sản vô tính cũng có thể xảy ra trong các sinh vật đa bào, tạo ra những con thừa hưởng bộ gen của chúng từ một người cha độc thân. Trẻ con được giống hệt cha mẹ của chúng được gọi là nhân bản vô tính.
Các sinh vật nhân tạo sinh dục thường sử dụng sinh sản tình dục để tạo ra con cái có chứa hỗn hợp các vật liệu di truyền được thừa hưởng từ hai cha mẹ khác nhau. Quá trình sinh sản tình dục luân phiên giữa các hình thức có chứa các bản sao duy nhất của bộ gen (haploid) và bản sao kép (lưỡng bội). [38] Các cầu nối tế bào bội thu và kết hợp vật liệu di truyền để tạo ra một tế bào diploid với nhiễm sắc thể cặp đôi. Các sinh vật đồng hoá tạo thành các haploid bằng cách chia, mà không sao chép DNA của chúng, để tạo ra các tế bào con gái ngẫu nhiên kế thừa một trong mỗi cặp nhiễm sắc thể. Hầu hết các động vật và nhiều loài thực vật đều lưỡng tính trong hầu hết tuổi thọ của chúng, với hình dạng tự bớt giảm xuống các tế bào đơn bào như tinh trùng hoặc trứng.
Mặc dù chúng không sử dụng phương pháp sinh sản tình dục song song / biploid, vi khuẩn có nhiều phương pháp thu thập thông tin di truyền mới. Một số vi khuẩn có thể trải qua sự liên hợp, chuyển một đoạn tròn nhỏ DNA sang một vi khuẩn khác. [52] Vi khuẩn cũng có thể lấy các mảnh DNA thô trong môi trường và tích hợp chúng vào bộ gen của chúng, một hiện tượng được biết đến như là sự chuyển đổi. [53] Các quá trình này dẫn đến việc chuyển gen theo chiều ngang, chuyển các mảnh thông tin di truyền giữa các sinh vật có thể không liên quan.
Sự tái kết hợp và liên kết di truyền [sửa]
Các bài báo chính: Sự giao thoa nhiễm sắc thể và liên kết di truyền
Thomas Hunt Morgan năm 1916 minh hoạ của một chéo đôi giữa các nhiễm sắc thể.
Tính chất diploid của nhiễm sắc thể cho phép các gen trên các nhiễm sắc thể khác nhau phân tách một cách độc lập hoặc được tách ra từ cặp tương đồng của chúng trong quá trình sinh sản tình dục trong đó các giao tử haplo được hình thành. Theo cách này sự kết hợp mới của gien có thể xảy ra ở con cái của cặp giao phối. Gen trên cùng một nhiễm sắc thể sẽ không bao giờ kết hợp lại trên lý thuyết. Tuy nhiên, họ làm, thông qua quá trình di động của sự giao thoa nhiễm sắc thể. Trong quá trình chéo, các nhiễm sắc thể trao đổi các đoạn DNA, xáo trộn các gen allele giữa các nhiễm sắc thể một cách hiệu quả [54]. Quá trình chéo của nhiễm sắc thể thường xảy ra trong suốt phân bào, một loạt các phân bào tạo ra các tế bào haploid.
Cuộc trình diễn tế bào đầu tiên của sự vượt qua được thực hiện bởi Harriet Creighton và Barbara McClintock năm 1931. Các nghiên cứu và thí nghiệm của họ đối với ngô cung cấp các bằng chứng tế bào học cho giả thuyết di truyền liên kết gen trên các cặp nhiễm sắc thể cặp đôi thực tế đã trao đổi các vị trí từ một homolog sang một. 55]
Xác suất giao chéo nhiễm sắc thể xảy ra giữa hai điểm cho nhiễm sắc thể có liên quan đến khoảng cách giữa các điểm. Đối với khoảng cách xa một cách tùy tiện, xác suất chéo là đủ cao để sự thừa kế của gen không có tương quan một cách hiệu quả [56]. Đối với các gen gần nhau hơn, tuy nhiên, xác suất giao hợp chéo thấp hơn có nghĩa là các gen thể hiện liên kết di truyền; allele cho hai gen có xu hướng được kế thừa với nhau. Số lượng liên kết giữa một loạt các gen có thể được kết hợp để tạo thành một bản đồ liên kết tuyến tính tương đối mô tả sự sắp xếp của các gen dọc theo nhiễm sắc thể [