Такие фильмы, как «Люди Икс» и «Фантастическая четверка», в которых показаны яркие герои-мутанты, покорили мировую аудиторию. Недавно высокопроизводительный генетический скрининг мутантов с высокой скоростью мейотического кроссинговера у Arabidopsis thaliana привлек интерес научного сообщества, раскрыв столетнюю загадку наук о жизни.
Исследовательская группа Пхоханского университета науки и технологии (POSTECH) добилась выдающегося результата, раскрыв молекулярный механизм, ответственный за кроссинговерную интерференцию во время мейоза – биологическую закономерность на уровне хромосом. Результаты исследования были опубликованы в Nature Plants, международном журнале в области наук о жизни.
В организмах, размножающихся половым путем, особи похожи на своих родителей или братьев и сестер. Несмотря на поразительное сходство, важно понимать, что абсолютная идентичность недостижима. Эта вариативность объясняется процессом мейоза, в результате 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 с помощью механизма, известного как кроссинговер.
Мейоз и кроссинговер играют ключевую роль в биоразнообразии и имеют большое значение для селекции, где происходит отбор и культивирование превосходных признаков у сельскохозяйственных культур. Как правило, у большинства видов животных и растений на одну пару гомологичных хромосом приходится минимум один и максимум три кроссинговера. Возможность контролировать их количество может привести к выращиванию культур с определенными желаемыми признаками.
Однако достижение контроля является сложной задачей из-за «феномена кроссинговерной интерференции». Интерференция кроссинговера была впервые обнаружена генетиком плодовой мушки Германом Мюллером в 1916 году. Несмотря на упорные усилия исследователей, предпринимавшиеся на протяжении столетия с момента открытия этого явления, лишь недавно механизмы, лежащие в основе кроссинговерной интерференции, начали раскрывать свои секреты.
В работе команда использовала высокопроизводительный флуоресцентный метод оценки семян для прямого измерения частоты кроссинговера у растений арабидопсиса. С помощью генетического скрининга был выявлен мутант под названием hcr3 (high crossover rate3), который демонстрировал повышенную частоту кроссинговера на геномном уровне.
Дальнейший анализ показал, что это связано с точечной мутацией в гене J3. Исследование показало, что сеть, включающая ко-шаперон HCR3/J3/HSP40 и шаперон HSP70, контролирует интерференцию и локализацию кроссинговеров, способствуя деградации про-кроссинговерного белка, убиквитин E3-лигазы HEI10. Применение методов генетического скрининга для выявления пути вмешательства и ингибирования кроссинговера позволило успешно решить вековую загадку в науках о жизни.
Использование этих исследований в сельском хозяйстве позволит быстро накапливать полезные признаки, тем самым сокращая время селекции. Ученые надеются, что работа будет способствовать выведению новых сортов и выявлению полезных природных вариаций, отвечающих за такие желаемые признаки, как устойчивость к болезням и экологическим стрессам, повышение продуктивности и высокое качество продукции.
[Фото: POSTECH]
