Генетики описали молекулярный механизм, тормозящий процессы селекции растений

Исследовательская группа Пхоханского университета науки и технологий (POSTECH), Южная Корея раскрыла молекулярный механизм, ответственный за ограничение кроссинговера во время мейоза. Такое ограничение мешает возникновению генетического разнообразия у потомства и сдерживает процессы селекции растений. Теперь время получения растений с заданными свойствами можно будет резко сократить. На то, чтобы найти этот молекулярный механизм, понадобилось больше ста лет. Ученые решили вековую загадку генетического разнообразия потомков Arabidopsis thaliana (Резуховидка Таля) раскрыла вековую загадку в науках о жизни https://www.nature.com/articles/s41477-024-01633-y Мейоз — это важнейший процесс при половом размножении. Во время мейоза образуются сперматозоиды у мужчины и яйцеклетки у женщины, соединяющиеся в гамете. На генетическом уровне мейоз необыкновенно красив. Генетики даже называют этот процесс «танцем мейоза». Но почему-то в этом танце обычно совсем мало «фигур». А чем их больше, тем разнообразнее потомство. При селекции это крайне важно. Почему этих фигур так мало? Это волновало генетиков больше ста лет. И наконец, ответ получен.

Исследовательская группа Пхоханского университета науки и технологий (POSTECH), Южная Корея раскрыла молекулярный механизм, ответственный за ограничение кроссинговера во время мейоза. Такое ограничение мешает возникновению генетического разнообразия у потомства и сдерживает процессы селекции растений. Теперь время получения растений с заданными свойствами можно будет резко сократить. На то, чтобы найти этот молекулярный механизм, понадобилось больше ста лет.

Что такое мейоз и кроссинговер

Процесс кроссинговера Процесс кроссинговераВикипедия

У организмов, размножающихся половым путем, особи похожи и на своих родителей, и на братьев и сестер. Но несмотря на сходство абсолютная идентичность невозможна. Это изменение объясняется процессом мейоза, в ходе которого образуются репродуктивные клетки, такие как сперматозоиды и яйцеклетки у животных или пыльца и семяпочки у растений. В отличие от деления соматических клеток, при котором геном дублируется и делится, мейоз создает генетически разнообразные репродуктивные клетки посредством механизма, известного как кроссинговер.

При кроссинговере гомологичные хромосомы разрезаются на фрагменты, и фрагменты разных хромосом соединяются заново (этот процесс называется гомологичной рекомбинацией). Таким образом гены «перемешиваются». Чем таких разрезов больше — тем выше разнообразие у потомства.

Мейоз и кроссинговер играют ключевую роль в биоразнообразии и имеют важное значение в селекции, где происходит отбор нужных качеств сельскохозяйственных культур.

Обычно у большинства видов животных и растений наблюдается минимум один и максимум три кроссинговера на пару гомологичных хромосом. Возможность контролировать количество кроссинговеров может привести к выращиванию культур с конкретными желаемыми характеристиками. Однако достижение такого контроля оказалось сложной задачей.

Что мешает кроссинговеру

Здесь зеленым флуоресцентным белком помечены места кроссовера, пурпурным — хромосомы во время мейоза. Здесь зеленым флуоресцентным белком помечены места кроссовера, пурпурным — хромосомы во время мейоза.https://www.mpipz.mpg.de/5553622/mercier

Кроссинговер останавливает механизм известный как кроссинговерная интерференция, при которой один кроссинговер запрещает образование другого поблизости на той же хромосоме. Этот запрет был впервые обнаружен генетиком Германом Дж. Мюллером в 1916 году в экспериментах на плодовых мухах. Несмотря на настойчивые усилия генетиков течение всего прошлого столетия с момента открытия кроссинговерной интерференции, только недавно механизмы, лежащие в ее основе, начали приоткрываться.

В этом новом исследовании команда из POSTECH использовала метод флуоресцентной подсветки хромосом семян для прямого измерения частоты кроссинговера у растений арабидопсиса. С помощью генетического скрининга ученые выделили растение-мутант и назвали его hcr3 (high crossover rate — высокая скорость кроссинговера). Мутант демонстрировал неожиданно большое количество кроссинговеров на геномном уровне.

Генетический механизм кроссинговерной интерференции

Анализ показал, что повышенное количество кроссинговеров в hcr3 связано с точечной мутацией в гене J3, который кодирует ко-шаперон, родственный белку HSP40. Ко-шапероны и шапероны — это белки, которые отвечают, в том числе за сворачивание белка в трехмерную форму.

Исследование показало, что сеть, включающая кошаперон HCR3/J3/HSP40 и шаперон HSP70, контролирует кроссинговерную интерференцию и локализацию (то есть, место разреза). Сеть настроена так, что она отключает белок HEI10, который отвечает за кроссинговер. А вот у мутанта hcr3 эта сеть белку HEI10 не мешает, и он готов делать не три, а гораздо больше разрезов. В результате образуется много фрагментов, они сильнее перемешиваются при рекомбинации и возникает гораздо большее разнообразие потомства, чем обычно. Причем мутация в гене J3 — точечная, то есть достаточно изменить всего один нуклеотид, чтобы получить необыкновенно разнообразное потомство.

Как работает мейоз widget-interest

Почему у человека существует разделение полов

 

Семейные связи: почему у родных братьев ДНК совпадают лишь на 50%

 

История как одни близнецы сыграли свадьбу с парой других

 

Профессор POSTECH Кюха Чой говорит: «Применение этого исследования в сельском хозяйстве позволит нам быстро накопить полезные признаки, тем самым сокращая время селекции. Мы надеемся, что это исследование будет способствовать выведению новых сортов и выявлению полезных естественных вариаций, ответственных за желаемые признаки, такие как устойчивость к болезням и стрессам окружающей среды и повышение производительности».

Но, может быть, не менее важно, чем польза для сельского хозяйства, то, что генетики решили вековую загадку науки о жизни.

Источник
Комментарии 0
Оцените статью
WARHEAD.SU
Добавить комментарий