Учени от Института „Макс Планк“ за изследвания в областта на селекцията на растенията в Германия разгадаха повече от стогодишна загадка за механизма на генетичната рекомбинация, при която хромозомите, наследени от майката и бащата, обменят генетична информация. Според проучването, публикувано в Nature Communications, процесът се регулира от протеините ZYP1 и HEI10, които определят броя на обменните събития за всяка хромозомна двойка.
В повечето висши организми, включително животни и растения, всяка клетка носи два варианта на един и същ ген – алел, единият от които е предаден от майката, а другият – от бащата. По време на клетъчното делене, в резултат на което се образуват зародишните клетки, алелите се разместват между две хомоложни хромозоми, които са в контакт една с друга и обменят генетичен материал. Този процес се нарича кръстосване.
Откриха следи от древна ДНК в антарктически седименти
Съществуват механизми, които стриктно регулират броя на кръстосванията: за успешно полово размножаване алелите трябва да се обменят поне веднъж и не повече от три пъти на хромозомна двойка. Ограничаването на броя им се постига чрез интерференция – явление, при което един кросинговър потиска близките кросинговъри. Известно е, че синаптонемният протеинов комплекс, който се образува между хомоложните хромозоми, играе известна роля в кросинговър. Въпреки това механизмът на интерференция е неизвестен повече от сто години.
В новото изследване учените манипулират експресията на протеини, които участват в кръстосването, като използват моделен организъм – растението Arabidopsis thaliana.
Един от тях, HEI10, е белтък, който се разпространява в белтъчния комплекс на синаптонемата и пряко влияе върху броя на кросинговите събития. Изкуственото засилване на неговата експресия води до значително увеличаване на кръстосването. Прекъсването на експресията на протеина ZYP1, който е компонент на комплекса, води до същия резултат, но в същото време интерференцията се прекратява. Комбинацията от двата фактора доведе до безпрецедентно увеличаване на броя на пресичанията.
Ефектът на повишена регулация на HEI10 се съгласува добре с нов модел на регулация на кросинговър. Според тази теория белтъкът прониква по протежение на синаптонемния комплекс, образувайки многобройни клъстери, които увеличават размера си поради дифузия на белтъка и прикрепване на по-малки клъстери. Резултатът е малък брой големи клъстери от протеини, които насърчават кръстосването на тези места и възпрепятстват кръстосването на съседните места. Общият брой на HEI10 определя броя на кръстосванията, които се случват в една хромозомна двойка.
Авторите планират по-нататъшни проучвания, за да разберат какво контролира динамиката на струпването на HEI10 и как точно те допринасят за кросинговър. Това ще помогне да се контролира процесът чрез засилване на рекомбинацията по време на селекцията на растенията, за да се получат комбинации от полезни алели, които увеличават производителността на културите.
Превод и редакция: TRENDY NEWS
