Британские ученые выяснили, что белок HEI10 управляет передачей генетической информации между хромосомами при кроссинговере. Белок определяет количество кроссинговеров и их расположение. Понимание механизма, как появляются кроссоверы, открывает новые возможности для генетических модификаций и селекции. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Когда в результате мейоза появляются половые клетки, хромосомы обмениваются большими сегментами ДНК. Благодаря этому каждая новая клетка имеет уникальный генетический состав. Кроме того, это явление объясняет, почему нет генетически идентичных братьев и сестер, за исключением однояйцевых близнецов.
Такие обмены ДНК ученые называют кроссинговерами, а образовавшиеся в результате молекулы ДНК — кроссоверами. Генетическое разнообразие без них невозможно. «Позиционирование кроссинговера имеет важные последствия для эволюции, плодородия и селективного разведения. Понимая механизмы, которые управляют перекрестным позиционированием, мы с большей вероятностью сможем раскрыть методы изменения перекрестного позиционирования для улучшения существующих технологий селекции растений и животных», — рассказал Крис Морган из Центра Джона Иннеса.
Клеточный механизм, который определяет, где и в каком количестве образуются кроссинговеры, до сих пор оставался неясным. Теперь же команда английских ученых из Центра Джона Иннеса использовала комбинацию математического моделирования и микроскопии сверхвысокого разрешения «3D-SIM». Так они попытались выяснить, какой механизм определяет положения кроссинговеров, чтобы их было не слишком много, не слишком мало и они не располагались слишком близко друг к другу.
Ученые проанализировали белок HEI10, который играет важную роль в формировании кроссовера при мейозе. Микроскопия сверхвысокого разрешения показала, что белки HEI10 группируются вдоль хромосом, образуя множество небольших групп. Однако потом они образуют гораздо более крупные, но менее многочисленные кластеры. Достигнув критической массы, кластеры запускают образование кроссовера. Затем ученые смоделировали кластеризацию с помощью компьютера. В основе модели лежала диффузия молекул HEI10 и правила их кластеризации. Модель смогла объяснить и предсказать многие экспериментальные наблюдения. Она также показала, что частота кроссовера могла быть надежно модифицирована простым изменением количества HEI10.
«Наше исследование показывает, что данные, полученные на изображениях репродуктивных клеток арабидопсиса со сверхвысоким разрешением, согласуются с математической моделью “опосредованного диффузией огрубления” для формирования паттерна кроссовера у арабидопсиса. Модель помогает нам понять паттерн кроссоверов мейотических хромосом», — прокомментировал Джон Фозард из Центра Джона Иннеса.
Ученые отмечают, что результаты исследования будут особенно полезны для сельского хозяйства. У зерновых культур, таких как пшеница, кроссоверы ограничены лишь некоторыми участками хромосом. Из-за этого селекционеры не могут раскрыть полный генетический потенциал этих растений. Но теперь у аграриев могут появиться новые возможности по модификации сельскохозяйственных культур.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
