The evolution of recombination mechanisms

Abstract

The origin of recombination is usually considered as by-product of evolution of another processes of the DNA metabolism, for example repair. In the paper, arguments are adduced in favour of the recombination having risen as the necessary element of the DNA metabolism and, consequently, existence of living things. An approach to analysis of the recombination mechanism evolution which permits to distinguish two steps, the recombination origin and the recombination improvement, is proposed. When considering the first step, an uncertainty of modern classification of recombination (general, site-specific and illegitimate ones) is pointed out and its proposed to distinguish recombination types according to their mechanisms — the simple covalent recombination, the recombination by adhesive ends, and the recombination by branched molecule transformation (Holliday recombination). When considering the second step, it is pointed out that the recombination improvement occurred owing to changings of the genetic material organization, the necessity in regulation of the recombination frequencies and the acquisition of novel functions for recombination, i. e. rather owing to changings of recombination preconditions than the process of the recombinant molecule formation itself.

Возникновение рекомбинации обычно считают побочным продуктом эволюции других процессов метаболизма ДНК, например репарации. В статье приведены аргументы в пользу того, что рекомбинация возникла как необходимый элемент метаболизма ДНК и, следовательно, существования живых систем. Предложен подход к анализу эволюции механизмов рекомбинации, который позволил выделить 2 этапа: возникновение рекомбинации и ее совершенствование. При рассмотрении первого этапа отмечена неопределенность современной классификации рекомбинации на 3 типа (общая, сайт-специфическая и незаконная) и предложено выделять типы рекомбинации по их механизму: простая ковалентная рекомбинация, рекомбинация с помощью липких концов и рекомбинация посредством преобразования разветвленных молекул (Холлидеевская рекомбинация). При рассмотрении второго этапа отмечено, что совершенствование рекомбинации происходило благодаря изменению организации генетического материала, необходимости регуляции уровня рекомбинации, приобретению рекомбинацией новых функций в ходе эволюции, т. е. скорее благодаря изменению предпосылок (preconditions) рекомбинации, чем самого процесса образования рекомбинационных молекул.