Кіріспе
Инверсия – хромосоманың бір бөлігі бастапқы орнында кері бұрылып орналасатын хромосомалық қайта құрылымдалу. Инверсия хромосомалық қолдың ішінде екі жұлыну нәтижесінде пайда болады, ал екі жұлынудың арасындағы сегмент сол хромосомалық қолға кері бағытта еніп орналасады. Инверсиялардың жұлыну нүктелері көбінесе қайталанатын нуклеотидтер аймақтарында кездеседі, және бұл аймақтар басқа инверсияларда қайта қолданылуы мүмкін. Инверсиялардағы хромосомалық сегменттердің мөлшері 1 килобаздан 100 мегабазға дейін жете алады. Инверсияға түскен гендердің саны ондағаннан жүздегенге дейін болуы мүмкін. Инверсиялар қайталанатын тізбектер арасындағы эктопиялық рекомбинация немесе хромосоманың жұлынуынан кейін гомолог емес ұштардың қосылуы арқылы пайда болады. Инверсиялар екі түрлі болады: парацентрикалық және перицентрикалық. Парацентрикалық инверсиялар центромерді қамтымайды, екі жұлыну нүктесі де хромосоманың бір тармағында орналасады. Перицентрикалық инверсиялар центромерді қамтиды, әр қолда бір жұлыну нүктесі болады. Инверсиялар көбінесе тасымалдаушыларда ешқандай бұзылыс тудырмайды, егер қайта құрылымдалу теңгерілген болса, яғни артық немесе жетіспейтін ДНҚ болмаса. Дегенмен, инверсия бойынша гетерозиготалы жекелерде аномальды хроматидтердің өндірісі артады (бұл инверсия шегінде кроссинговер болған кезде пайда болады). Бұл теңгерімсіз гаметалардың пайда болуына және сүекке қабілеттіліктің төмендеуіне алып келеді. Инверсиялар генетикалық ақпараттың жоғалуына немесе пайда болуына себеп болмайды, олар тек сызықтық ДНҚ тізбегін қайта ұйымдастырады.
An inversion is a chromosome rearrangement in which a segment of a chromosome becomes inverted within its original position. An inversion occurs when a chromosome undergoes a two breaks within the chromosomal arm, and the segment between the two breaks inserts itself in the opposite direction in the same chromosome arm. The breakpoints of inversions often happen in regions of repetitive nucleotides, and the regions may be reused in other inversions. Chromosomal segments in inversions can be as small as 1 kilobases or as large as 100 megabases. The number of genes captured by an inversion can range from a handful of genes to hundreds of genes. Inversions can happen either through ectopic recombination between repetitive sequences, or through chromosomal breakage followed by non homologous end joining. Inversions are of two types: paracentric and pericentric. Paracentric inversions do not include the centromere, and both breakpoints occur in one arm of the chromosome. Pericentric inversions span the centromere, and there is a breakpoint in each arm. Inversions usually do not cause any abnormalities in carriers, as long as the rearrangement is balanced, with no extra or missing DNA. However, in individuals which are heterozygous for an inversion, there is an increased production of abnormal chromatids (this occurs when crossing over occurs within the span of the inversion). This leads to lowered fertility, due to production of unbalanced gametes. Inversions do not involve either loss or gain of genetic information; they simply rearrange the linear DNA sequence.
Анықтау
Цитогенетикалық әдістер инверсияларды анықтауға мүмкін, немесе инверсиялар генетикалық талдау нәтижесінде болжануы мүмкін. Дегенмен, көптеген түрлерде шағын инверсиялар анықталмай қалады. Жақында салыстырмалы геномика геномды карталау арқылы хромосомалық инверсияларды анықтау үшін қолданыла бастады. Халық геномикасы да инверсияларды анықтау үшін пайдаланылуы мүмкін, мұнда жоғары байланыс тепе-теңдігінің аймақтары ықтимал инверсия орындарының көрсеткіштері ретінде қолданылады. Инверсия тасымалдаушылары болуы мүмкін адам отбасыларына генетикалық кеңес беру және генетикалық тестілеу ұсынылуы мүмкін.
Тарих
Хромосомалық инверсияның алғашқы дәлелі 1921 жылы Альфред Стюртевант Drosophila melanogaster-де тапты. Содан бері инверсиялар барлық эукариоттарда кездеседі. Инверсиялардың соңғы модельдерінің бірі – Киркпатрик пен Бартонның моделі (2006), ол инверсиялардың адаптивті аллельдерді біріктіру арқылы таңдау бойынша артықшылықтары бар екенін көрсетеді. Бірнеше гендегі бірге бейімделген варианттарды инверсияның ерекше нұсқаларына (хаплотиптерге) физикалық тұрғыдан байланыстыру арқылы, таңдау осы варианттарды популяцияда жоғары жиілікке жеткізуде тиімді болуы керек. Бұл инверсияланбаған аймақтардан өзгеше, себебі олар адаптивті де, адаптивті емес те аллельдерді алып жүруге мүмкіндік береді.
Рекомбинацияға әсері
Инверсиялы хромосомалар мейоз кезінде инверсияланбаған гомолог хромосомамен (инверсиялы гетерозиготтар) жұптасқанда, дұрыс синапс жасамайды және инверсиялық циклдар пайда болады. Цикл ішіндегі кроссинговер теңгерімсіз гаметаларды тудыруы мүмкін. Парацентрикалық инверсияда рекомбинация нәтижесінде бір дицентрикалық және бір акцентрикалық хроматида пайда болады. Анафаза кезінде екі рекомбинат та проблемаларға тап болады. Ацентрикалық хроматида бір немесе екінші полюске тартылады, ал дицентрикалық рекомбинант екі бағытта тартылғанда дицентрикалық көпірлерді құрайды. Перицентрикалық инверсияда да ұқсас теңгерімсіз хромосомалар пайда болады. Осы айқасулардан туындаған рекомбинантты хромосомалар жойылғандар мен еселенгендерді қамтиды. Мұндай гаметалар арқылы туған ұрпақ көбінесе тірі қала алмайды, сондықтан инверсияланған аймақтарда рекомбинация тікелей түрде шектеледі. Хромосомалық инверсиялар эволюциялық зерттеулерде жергілікті бейімделу және түрленудегі рөліне байланысты көп назар аударады. Инверсиялық гаплотиптерде бірнеше коадаптацияланған гендік варианттар болуы мүмкін болғандықтан, инверсиялар әртүрлі ортаға жергілікті бейімделуді жеңілдетуі мүмкін, себебі табиғи іріктеу мұндай байланысты адаптивтік варианттарды популяция ішінде жоғары жиілікке жеткізуде тиімдірек. Дегенмен, инверсиялар ішіндегі байланысты, коадаптацияланған гендік варианттардың бар екенін эмпирикалық тұрғыдан көрсету қиын, өйткені инверсиялық гаплотиптер рекомбинацияланбайды. Сонымен қатар, хромосомалық инверсиялардың әртүрлі ортаға бейімделудегі оң әсері инверсиялық гаплотиптерге байланысты адаптивтік гендердің варианттары шын мәнінде коадаптацияланған деген болжамға негізделген. Алайда, бұл идея популяциялар кеңістікте немесе уақытта әртүрлі іріктеуге ұшыраған жағдайларда бұзылуы мүмкін. Инверсияға байланысты варианттардағы ауытқулы іріктеудің салдарынан, әртүрлі гендік варианттарды қамтитын инверсиялық гаплотиптер арасындағы рекомбинацияның болмауы, әртүрлі ортаға бейімделуге көмектесудің орнына шектеулер тудыруы мүмкін. Сондықтан хромосомалық инверсиялардың әртүрлі ортаға бейімделудегі маңызы эволюциялық генетикада ашық эмпирикалық мәселе болып қала береді. Инверсиялық полиморфизм екі жолмен қалыптасады. Генетикалық дрейф немесе іріктеу жергілікті популяцияда инверсияның бекітілуіне әкелуі мүмкін. Инверсиялық полиморфизм осы популяция мен инверсиясыз популяция арасындағы гендер ағынынан туындауы мүмкін. Тепе-теңдік іріктеуі жиілікке тәуелділік немесе артықшылық арқылы инверсиялық полиморфизмге әкелуі мүмкін. Инверсиялар жыныстық хромосомалардың эволюциясында маңызды рөл атқарады. Сүтқоректілерде Y хромосомасы X хромосомасымен, оның дерлік барлық ұзындығы бойынша рекомбинациялана алмайды. Бұл рекомбинацияланбайтын бөлік бір-біріне үстем болатын инверсиялар сериясынан туындайды. Жынысты анықтайтын локустар мен жыныстық қарсылық гендер арасындағы рекомбинация деңгейінің төмендеуі іріктеу арқылы жақсы көрінеді. Бұл еркек анықтайтын локус пен еркектерге пайдалы басқа локустағы аллель арасындағы байланыс тепе-теңсіздігін тудырады. Бұл сүтқоректілердің Y хромосомасындағыдай, екі локусты қамтитын рекомбинацияланбайтын блок тудыратын инверсиялар арқылы болуы мүмкін. Инверсиялар түрленуге бірнеше жолмен қатыса алады. Гетерозиготалық инверсиялар төмендеуге бейім болғандықтан, олар гибридтік жарамдылықтың төмендеуіне әкелуі мүмкін, нәтижесінде постзиготалық оқшаулануға әкелуі мүмкін. Олар сондай-ақ түрлер арасындағы іріктелген айырмашылықтарды жинақтап, зиготаға дейінгі және кейінгі оқшаулануға әкелуі мүмкін.
Номенклатура
Адам цитогеномдық номенклатурасының халықаралық жүйесі (ISCN) – адам хромосомаларының номенклатурасы үшін халықаралық стандарт болып табылады, оған адам хромосомаларын және хромосомалық аномалияларды сипаттауда қолданылатын жолақты атаулар, символдар мен қысқартылған терминдер кіреді. Қысқартулардың ішінде инверсиялар үшін «inv» белгісі қолданылады.
Атақты істер
Бренден Адамс: ең биік жасөспірім рекордын бұрынғыдан ұстаған адам. Оның бойының ұзын болуына 12-шы хромосоманың инверсиясы себеп. Организмдердегі хромосомалық инверсияға мысал – Coelopa frigida деген жәндік. Осы Coelopa түрінің хромосомалық инверсиясының әртүрлі нұсқалары түрдің физикалық ерекшеліктерін қалыптастыруға мүмкіндік береді. Ірі C. frigida жекелері хромосомалық инверсияға ұшырамайды, ал кішілері хромосомалық инверсияға ұшырайды.