Topic 3 — Genetic Recombination in Prokaryotes and Eukaryotes
(प्रोकैरियोट्स और यूकैरियोट्स में आनुवंशिक पुनर्संयोजन)
🧬 परिचय (Introduction)
Genetic Recombination का अर्थ है —
👉 दो DNA molecules के बीच आनुवंशिक सामग्री (genes या DNA segments) का अदला-बदली होना।
यह प्रक्रिया एक ही प्रजाति (या कभी-कभी अलग प्रजातियों) के जीवों के बीच नए gene combinations पैदा करती है।
इससे heredity में variation, evolution और genetic diversity आती है।
सरल शब्दों में:
“Recombination is the exchange of genetic material between different DNA molecules, resulting in new genetic combinations.”
⚙️ Recombination के प्रकार (Types of Genetic Recombination)
मुख्यतः तीन प्रकार की recombination प्रक्रियाएँ मानी जाती हैं:
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Homologous Recombination — समान या homologous DNA sequences के बीच।
-
Site-specific Recombination — विशिष्ट DNA sequence sites पर recombination।
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Non-homologous (Illegitimate) Recombination — असमान DNA sequences के बीच।
🧫 Prokaryotes में Genetic Recombination
Prokaryotes (जैसे Bacteria) में sexual reproduction नहीं होती, परन्तु DNA का exchange या transfer कई विशेष तंत्रों द्वारा होता है।
ये प्रक्रियाएँ variation और adaptation में सहायता करती हैं।
🔹 1. Transformation (रूपांतरण)
परिभाषा:
“Transformation is the uptake of free DNA fragments from the environment by a bacterial cell.”
प्रक्रिया:
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किसी मृत बैक्टीरिया का DNA वातावरण में निकल आता है।
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जीवित recipient cell उस DNA को absorb कर लेती है।
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नया DNA host chromosome में integrate हो जाता है।
उदाहरण:
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Streptococcus pneumoniae में Griffith का classical experiment (1928) — जिससे DNA को genetic material साबित किया गया।
महत्त्व:
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Antibiotic resistance या virulence traits एक strain से दूसरे में स्थानांतरित हो सकते हैं।
🔹 2. Transduction (संवहन)
परिभाषा:
“The transfer of bacterial DNA from one cell to another by bacteriophage (virus) is called transduction.”
प्रकार:
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Generalized Transduction: कोई भी bacterial gene virus द्वारा transfer हो सकता है।
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Specialized Transduction: केवल विशिष्ट genes जो phage के पास insertion site के पास हैं, transfer होते हैं।
उदाहरण:
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λ (lambda) phage in E. coli bacteria।
महत्त्व:
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Viral infection के दौरान gene transfer से bacterial evolution और genetic mapping संभव हुआ।
🔹 3. Conjugation (संयुग्मन)
परिभाषा:
“Direct transfer of DNA from one bacterial cell (donor) to another (recipient) through a cytoplasmic bridge or sex pilus.”
प्रक्रिया:
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Donor cell के पास F-factor (fertility plasmid) होता है।
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यह plasmid या उसके साथ जुड़ा chromosomal DNA recipient cell में भेजता है।
-
Recombination से नया genetic makeup बन जाता है।
प्रकार:
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F⁺ × F⁻ mating — F-plasmid transfer।
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Hfr × F⁻ mating — chromosomal DNA transfer।
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F′ × F⁻ mating — plasmid के साथ कुछ chromosomal genes भी जाते हैं।
महत्त्व:
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Antibiotic resistance, metabolic capabilities का horizontal transfer।
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Gene mapping techniques (time of entry mapping) में प्रयोग।
🔹 4. Plasmid-mediated Recombination
-
कई bacteria में plasmids extra-chromosomal DNA होते हैं।
-
ये स्वतंत्र रूप से replicate होते हैं और conjugation या transformation से एक cell से दूसरे में जा सकते हैं।
-
Example: R-plasmids (resistance plasmids) — antibiotic resistance genes।
🌿 Eukaryotes में Genetic Recombination
Eukaryotic organisms (plants, animals, fungi, humans) में recombination मुख्यतः meiosis के दौरान होती है —
खासकर Prophase-I (pachytene stage) में।
🔸 1. Crossing Over (क्रॉसिंग ओवर)
परिभाषा:
“Exchange of genetic material between non-sister chromatids of homologous chromosomes.”
चरण:
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Synapsis: Homologous chromosomes pair up (synaptonemal complex बनता है)।
-
Crossing Over: Non-sister chromatids आपस में cross करते हैं।
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Chiasma formation: Crossing site को chiasma कहा जाता है।
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Recombination: DNA segments का वास्तविक exchange होता है।
परिणाम:
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नए allele combinations बनते हैं।
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Genetic diversity बढ़ती है।
🔸 2. Non-crossing-over Recombination (Gene Conversion)
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DNA repair या mismatch correction के दौरान homologous DNA का छोटा segment transfer हो सकता है।
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इसे gene conversion कहा जाता है — meiosis के बाद unequal allele ratios दिखाई देते हैं।
🔸 3. Mitotic Recombination (Mitosis में पुनर्संयोजन)
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दुर्लभ लेकिन संभव है।
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DNA damage repair के दौरान homologous recombination हो सकता है।
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Cancer biology और genetic mosaicism में महत्वपूर्ण।
🧩 Molecular Mechanism of Recombination (सैद्धांतिक तंत्र)
सबसे प्रसिद्ध मॉडल है Holliday Model (1964) —
चरण:
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Homologous DNA strands align।
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One strand from each breaks and joins opposite strand → Holliday junction बनता है।
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Junction branch migration करके extend होता है।
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Resolution से recombinant molecules बनते हैं।
एंजाइम शामिल:
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RecA (bacteria), Rad51 (eukaryotes), RuvA, RuvB, RuvC — recombination enzymes।
🌱 Importance / Significance of Genetic Recombination
| क्षेत्र | महत्व |
|---|---|
| Evolution | Genetic recombination विविधता बढ़ाकर evolution का प्रमुख स्रोत बनती है। |
| Plant Breeding | Crop improvement — desirable traits का combination (disease resistance + yield)। |
| Medical Science | Recombinant DNA technology, gene therapy, vaccine development (e.g., insulin production)। |
| DNA Repair | Damaged DNA की मरम्मत में homologous recombination मदद करती है। |
| Genetic Mapping | Gene distance और linkage studies recombination frequency पर आधारित हैं। |
🧠 निष्कर्ष (Conclusion)
Genetic recombination जीवन की सबसे अद्भुत प्रक्रियाओं में से एक है।
यह केवल diversity नहीं बनाती बल्कि species के adaptation, evolution और survival को सुनिश्चित करती है।
Prokaryotes में यह simple gene transfer systems (transformation, transduction, conjugation) द्वारा होता है,
जबकि Eukaryotes में meiosis के दौरान crossing over द्वारा complex लेकिन नियंत्रित रूप में होता है।
Recombination ही genetic engineering और biotechnology की नींव है — जिससे मानव आज genes को “design” कर सकता है।
क्या मैं अब Topic 4 — The Cell Cycle (सेल चक्र: इसके चरण, नियंत्रण और महत्व) शुरू कर दूँ?
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