Вчені розгадали столітню загадку поділу клітини

Такі фільми, як «Люди Ікс», «Фантастична четвірка» та «Охоронці», які демонструють яскравих героїв-мутантів, захопили світову аудиторію. Нещодавно високопродуктивний генетичний скринінг мутантів швидкості мейотичного кросинговеру в Arabidopsis thaliana привернув інтерес академічної спільноти, розгадавши столітню таємницю в науках про життя.

Дослідницька група, що складається з професора Кюха Чоя, доктора Джейла Кіма та доктора філософії Хіджіна Кіма з Департаменту наук про життя Університету науки і технологій Поханг (POSTECH), досягла надзвичайного результату, відкривши молекулярний механізм, відповідальний за кросинговер. втручання під час мейозу, біологічна закономірність на рівні хромосоми. Результати цього дослідження були опубліковані 20 лютого в Nature Plants, міжнародному журналі в галузі наук про життя.

Роль мейозу в генетичному різноманітті

В організмах, що розмножуються статевим шляхом, особини схожі на своїх батьків або братів і сестер. Незважаючи на разючу схожість, важливо визнати, що абсолютна ідентичність недосяжна. Ця варіація пояснюється процесом мейозу, який генерує репродуктивні клітини, такі як сперма та яйцеклітини у тварин або пилок і яйцеклітини у рослин. На відміну від поділу соматичних клітин, який однаково дублює та ділить геном, мейоз створює генетично різноманітні репродуктивні клітини за допомогою механізму, відомого як кросовер.

Мейоз і кросинговер відіграють ключову роль у біорізноманітті та мають значний вплив на селекцію, де відбувається відбір і культивування найкращих ознак у культурах. Як правило, більшість видів тварин і рослин демонструють мінімум один і максимум три кросинговери на пару гомологічних хромосом.

a. Генетична ізоляція мутантів hcr3 за допомогою флуоресцентної системи вимірювання кросинговеру насіння. b. Карти геномного кросинговеру, що показують 2-кратне збільшення кросинговеру в трансгенних рослинах J3G155R, що експресують алель hcr3 (виділено червоним) порівняно з диким типом (зображено синім). в. hcr3 продемонстрував збільшену кількість фокусів HEI10 і зменшену відстань між фокусами HEI10 на бівалент. d. Модель, що ілюструє контроль кроссоверної перешкоди, викликаної деградацією HEI10, через мережу шаперона HCR3-HSP70. Авторство: POSTECH

Можливість контролювати кількість цих кросоверів може призвести до вирощування культур із певними бажаними ознаками. Однак досягнення такого контролю було складним завданням через «явище кросоверної інтерференції». Втручання кросинговеру, коли один кросовер перешкоджає утворенню іншого кросинговеру поруч уздовж тієї ж хромосоми, було вперше виявлено генетиком плодової мушки Германом Дж. Мюллером у 1916 році. Незважаючи на наполегливі зусилля дослідників протягом останнього століття з моменту його відкриття, лише нещодавно механізми, що лежать в основі перехресних перешкод, почали відкривати свої секрети.

Читайте також - Нові дані ДНК змінюють розуміння жертв виверження в Помпеях

Прорив у розумінні кросоверних перешкод

У цьому дослідженні команда використала високопродуктивний флуоресцентний метод оцінки насіння для прямого вимірювання частоти кросинговеру в рослинах Arabidopsis. За допомогою генетичного скринінгу вони ідентифікували мутант під назвою hcr3 (висока частота кросинговеру3 ), який продемонстрував підвищену швидкість кросинговеру на геномному рівні. Подальший аналіз показав, що підвищені кросинговери в hcr3 були пов’язані з точковою мутацією в гені J3, який кодує ко-шаперон, пов’язаний з білком HSP40.

Це дослідження продемонструвало, що мережа, яка включає ко-шаперон HCR3/J3/HSP40 і шаперон HSP70, контролює перехресне втручання та локалізацію, сприяючи деградації про-перехресного білка, HEI10 убіквітин Е3-лігази. Застосування підходів генетичного скринінгу для виявлення перехресного втручання та шляху гальмування успішно розв’язало столітню загадку в науках про життя.

Професор POSTECH Кюха Чой заявив: «Застосування цього дослідження в сільському господарстві дозволить нам швидко накопичувати корисні властивості, тим самим скорочуючи час розмноження». Він висловив оптимізм, сказавши: «Ми сподіваємося, що це дослідження сприятиме виведенню нових сортів і ідентифікації корисних природних варіацій, відповідальних за такі бажані риси, як стійкість до хвороб і стресу навколишнього середовища, підвищення продуктивності та високовартісне виробництво».