プリンキピア

第11章減数分裂と有性生殖

Critical Thinking Questions考察問題

Exercises 12–17練習問題 12–17
Exercise 12問題 12
Describe the process that results in the formation of a tetrad.
四分子が形成される過程を説明しなさい。
Solution解き方
During the meiotic interphase, each chromosome is duplicated. The sister chromatids that are formed during synthesis are held together at the centromere region by cohesin proteins. All chromosomes are attached to the nuclear envelope by their tips. As the cell enters prophase I, the nuclear envelope begins to fragment and the proteins holding homologous chromosomes locate each other. The four sister chromatids align lengthwise, and a protein lattice called the synaptonemal complex is formed between them to bind them together. The synaptonemal complex facilitates crossover between nonsister chromatids, which is observed as chiasmata along the length of the chromosome. As prophase I progresses, the synaptonemal complex breaks down and the sister chromatids become free, except where they are attached by chiasmata. At this stage, the four chromatids are visible in each homologous pairing and are called a tetrad.
減数分裂の間期に各染色体が複製される。合成期にできた姉妹染色分体は、コヒーシンというタンパク質によってセントロメアの領域でつながる。すべての染色体は末端で核膜に付着している。第一分裂前期に入ると核膜が断片化を始め、相同染色体を保持するタンパク質が互いを見つける。4本の姉妹染色分体が長さ方向に並び、その間にシナプトネマ複合体というタンパク質の格子が形成されて、それらを結び付ける。シナプトネマ複合体は非姉妹染色分体間の乗換えを促し、染色体に沿ってキアズマとして観察される。第一分裂前期が進むと複合体は分解し、染色分体はキアズマでつながっている部分以外は自由になる。この段階では相同染色体の各対に4本の染色分体が見え、四分子と呼ぶ。
Exercise 13問題 13
Explain how the random alignment of homologous chromosomes during metaphase I contributes to the variation in gametes produced by meiosis.
第一分裂中期の相同染色体の無作為な配置が、減数分裂でできる配偶子の変異にどう寄与するか説明しなさい。
Solution解き方
Random alignment leads to new combinations of traits. The chromosomes that were originally inherited by the gamete-producing individual came equally from the egg and the sperm. In metaphase I, the duplicated copies of these maternal and paternal homologous chromosomes line up across the center of the cell. The orientation of each tetrad is random. There is an equal chance that the maternally derived chromosomes will be facing either pole. The same is true of the paternally derived chromosomes. The alignment should occur differently in almost every meiosis. As the homologous chromosomes are pulled apart in anaphase I, any combination of maternal and paternal chromosomes will move toward each pole. The gametes formed from these two groups of chromosomes will have a mixture of traits from the individual’s parents. Each gamete is unique.
無作為な配置は形質の新しい組み合わせを生む。配偶子を作る個体がもともと受け継いだ染色体は、卵と精子に等しく由来する。第一分裂中期には、これら母親由来と父親由来の相同染色体の複製が、細胞の中央に並ぶ。各四分子の向きは無作為で、母親由来の染色体がどちらの極を向く確率も等しい。父親由来の染色体も同様である。この配置は、ほぼ毎回の減数分裂で異なるはずである。第一分裂後期に相同染色体が引き離されると、母親由来と父親由来の染色体がさまざまな組み合わせで各極へ向かう。この二つの染色体群からできる配偶子は、その個体の両親の形質を混ぜ合わせたものになる。各配偶子は固有である。
Exercise 14問題 14
What is the function of the fused kinetochore found on sister chromatids in prometaphase I?
第一分裂前中期の姉妹染色分体にある、融合した動原体はどんな働きをするか。
Solution解き方
In metaphase I, the homologous chromosomes line up at the metaphase plate. In anaphase I, the homologous chromosomes are pulled apart and move to opposite poles. Sister chromatids are not separated until meiosis II. The fused kinetochore formed during meiosis I ensures that each spindle microtubule that binds to the tetrad will attach to both sister chromatids.
第一分裂中期には相同染色体が赤道板に並ぶ。第一分裂後期には相同染色体が引き離され、反対側の極へ移動する。姉妹染色分体は第二分裂まで分離しない。第一分裂でできる融合した動原体は、四分子に結合する各紡錘体微小管が、両方の姉妹染色分体に付着することを保証する。
Exercise 15問題 15
In a comparison of the stages of meiosis to the stages of mitosis, which stages are unique to meiosis and which stages have the same events in both meiosis and mitosis?
減数分裂と有糸分裂の各段階を比較すると、減数分裂だけに特有の段階はどれで、両者で同じ出来事が起こる段階はどれか。
Solution解き方
All of the stages of meiosis I, except possibly telophase I, are unique because homologous chromosomes are separated, not sister chromatids. In some species, the chromosomes do not decondense and the nuclear envelopes do not form in telophase I. All of the stages of meiosis II have the same events as the stages of mitosis, with the possible exception of prophase II. In some species, the chromosomes are still condensed and there is no nuclear envelope. Other than this, all processes are the same.
減数第一分裂の各段階は、第一分裂終期を除く可能性はあるが、姉妹染色分体ではなく相同染色体が分離するため特有である。種によっては、第一分裂終期に染色体の凝縮がほどけず、核膜もできない。減数第二分裂の各段階では有糸分裂と同じ出来事が起こるが、第二分裂前期は例外かもしれない。種によっては染色体がまだ凝縮しており、核膜がない。この点を除けば過程はすべて同じである。
Exercise 16問題 16
Why would an individual with a mutation that prevented the formation of recombination nodules be considered less fit than other members of its species?
組換え結節の形成を妨げる変異を持つ個体は、なぜ同種のほかの個体より適応度が低いと考えられるか。
Solution解き方
The chromosomes of the individual cannot cross over during meiosis if the individual cannot make recombination nodules. This limits the genetic diversity of the individual’s gametes to what occurs during independent assortment, with all daughter cells receiving complete maternal or paternal chromatids. An individual who cannot produce diverse offspring is considered less fit than individuals who do produce diverse offspring.
組換え結節を作れない個体の染色体は、減数分裂で乗換えを起こせない。このため配偶子の遺伝的多様性は独立の振り分けによるものに限られ、すべての娘細胞が、母親由来または父親由来の染色分体を丸ごと受け取る。多様な子を作れない個体は、多様な子を作れる個体より適応度が低いと考えられる。
Exercise 17問題 17
Does crossing over occur during prophase II? From an evolutionary perspective, why is this advantageous?
第二分裂前期に乗換えは起こるか。進化の観点から、なぜこれは有利なのか。
Solution解き方
Crossing over does not occur during prophase II; it only occurs during prophase I. In prophase II, there are still two copies of each gene, but they are on sister chromatids within a single chromosome (rather than homologous chromosomes as in prophase I). Therefore, any crossover event would still produce two identical chromatids. Because it is advantageous to avoid wasting energy on events that will not increase genetic diversity, crossing over does not occur.
乗換えは第二分裂前期には起こらず、第一分裂前期だけで起こる。第二分裂前期でも各遺伝子は2コピーあるが、第一分裂前期のような相同染色体上ではなく、同じ染色体の姉妹染色分体上にある。したがって乗換えが起きても、二つの同一の染色分体ができるだけである。遺伝的多様性を増やさない出来事にエネルギーを浪費しないことが有利なので、乗換えは起こらない。
chiasmata
キアズマ
(singular, chiasma) the structure that forms at the crossover points after genetic material is exchanged
遺伝物質の交換後に乗換えの位置にできる構造。英語の単数形はchiasma。
cohesin
コヒーシン
proteins that form a complex that seals sister chromatids together at their centromeres until anaphase II of meiosis
複合体を作り、減数第二分裂後期まで、姉妹染色分体をセントロメアで結び付けておくタンパク質。
crossover
乗換え
exchange of genetic material between nonsister chromatids resulting in chromosomes that incorporate genes from both parents of the organism
非姉妹染色分体の間で遺伝物質を交換し、その生物の両親に由来する遺伝子を組み込んだ染色体を生むこと。
fertilization
受精
union of two haploid cells from two individual organisms
二つの個体に由来する二つの半数体細胞の融合。
interkinesis
分裂間期
(also, interphase II) brief period of rest between meiosis I and meiosis II
減数第一分裂と第二分裂の間にある短い休止期間。第二間期ともいう。
meiosis
減数分裂
a nuclear division process that results in four haploid cells
四つの半数体細胞を生じる核分裂の過程。
meiosis I
減数第一分裂
first round of meiotic cell division; referred to as reduction division because the ploidy level is reduced from diploid to haploid
減数分裂の1回目の細胞分裂。倍数性が二倍体から半数体へ下がるため還元分裂と呼ばれる。
meiosis II
減数第二分裂
second round of meiotic cell division following meiosis I; sister chromatids are separated into individual chromosomes, and the result is four unique haploid cells
第一分裂に続く、減数分裂の2回目の細胞分裂。姉妹染色分体が個々の染色体へ分離し、遺伝的に固有な四つの半数体細胞ができる。
recombination nodules
組換え結節
protein assemblies formed on the synaptonemal complex that mark the points of crossover events and mediate the multistep process of genetic recombination between nonsister chromatids of a homologous pair
シナプトネマ複合体上にできるタンパク質集合体。乗換えの位置を示し、相同染色体対の非姉妹染色分体の間で起こる多段階の遺伝子組換えを仲介する。
reduction division
還元分裂
nuclear division that produces daughter nuclei each having one-half as many chromosome sets as the parental nucleus; meiosis I is a reduction division
親核の半分の染色体の組数を持つ娘核を生じる核分裂。減数第一分裂は還元分裂である。
somatic cell
体細胞
all the cells of a multicellular organism except the gametes or reproductive cells
多細胞生物の細胞のうち、配偶子や生殖細胞を除くすべての細胞。
spore
胞子
haploid cell that can produce a haploid multicellular organism or can fuse with another spore to form a diploid cell
半数体の多細胞生物を作るか、別の胞子と融合して二倍体細胞を作ることのできる半数体細胞。
synapsis
対合
formation of a close association between homologous chromosomes during prophase I
第一分裂前期に相同染色体が密接に結び付くこと。
synaptonemal complex
シナプトネマ複合体
protein lattice that forms between homologous chromosomes during prophase I, supporting crossover
第一分裂前期に相同染色体の間に形成され、乗換えを支えるタンパク質の格子。
tetrad
四分子
two duplicated homologous chromosomes (four chromatids) bound together by chiasmata during prophase I
第一分裂前期にキアズマで結び付いた、複製済みの2本の相同染色体(4本の染色分体)。