Мутация раскрывает вековую загадку мейоза

Высокопроизводительный генетический скрининг мутантов по скорости мейотического кроссинговера Arabidopsis thaliana раскрыл вековую загадку в науках о жизни.

Исследовательская группа, состоящая из профессора Кюхи Чой, доктора Джаэля Кима и доктора философии. Кандидат Хиджин Ким с факультета наук о жизни Пхоханского университета науки и технологий (POSTECH) раскрыл молекулярный механизм, ответственный за перекрестное вмешательство во время мейоза, биологического паттерна на уровне хромосом.

Результаты исследования были опубликованы 20 февраля в журнале Природные растения.

У организмов, размножающихся половым путем, особи напоминают своих родителей или братьев и сестер. Несмотря на поразительное сходство, важно признать, что абсолютная идентичность недостижима. 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 одинаково, мейоз создает генетически разнообразные репродуктивные клетки посредством механизма, известного как кроссинговер.

Мейоз и скрещивание играют ключевую роль в биоразнообразии и имеют важное значение в селекции, где происходит отбор и выращивание превосходных качеств сельскохозяйственных культур.

Обычно у большинства видов животных и растений наблюдается минимум один и максимум три кроссинговера на пару гомологичных хромосом. Возможность контролировать количество этих скрещиваний может привести к выращиванию культур с конкретными желаемыми характеристиками. Однако достижение такого контроля оказалось сложной задачей из-за «феномена перекрестных помех».

Кроссинговерная интерференция, при которой один кроссовер ингибирует образование другого кроссовера поблизости от той же хромосомы, была первоначально обнаружена генетиком плодовых мух Германом Дж. Мюллером в 1916 году. Несмотря на настойчивые усилия исследователей в течение прошлого столетия с момента его открытия, только недавно механизмы, лежащие в основе перекрестной интерференции, начали раскрывать свои секреты.

В этом исследовании команда использовала высокопроизводительный метод флуоресцентной оценки семян для прямого измерения частоты кроссинговера у растений арабидопсиса. С помощью генетического скрининга они идентифицировали мутант под названием hcr3 (высокая скорость кроссинговера3), который демонстрировал повышенную скорость кроссинговера на геномном уровне.

Дальнейший анализ показал, что повышенное количество кроссинговеров в hcr3 связано с точечной мутацией в гене J3, который кодирует ко-шаперон, родственный белку HSP40. Это исследование продемонстрировало, что сеть, включающая кошаперон HCR3/J3/HSP40 и шаперон HSP70, контролирует перекрестную интерференцию и локализацию, способствуя деградации про-кроссоверного белка, лигазы убиквитина E3 HEI10.

Применение подходов генетического скрининга для выявления путей перекрестного вмешательства и ингибирования успешно решило вековую загадку в науках о жизни.

Профессор POSTECH Кюха Чой заявил: «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, повышение производительности и производство продукции с высокой добавленной стоимостью».