新しい発見は、植物の花粉や精子、人間の卵子などの生殖細胞で起こる遺伝子交換の数と位置を決定するものを説明しています。
生殖細胞が有糸分裂と呼ばれる特別な細胞分裂によって生成されるとき、染色体はDNAの大きなセグメントを交換します。これにより、それぞれの新しい細胞が固有の遺伝的構成を持つことが保証され、同一の双子を除いて、2人の兄弟が完全に遺伝的に同一ではない理由が説明されます。
これらのDNA交換またはクロスオーバー（クロスオーバー）は、遺伝的多様性、進化の原動力を生み出すために必要であり、染色体に沿ったそれらの頻度と位置は厳密に制御されています。
新しい研究の著者の一人であるクリス・モーガン博士は、この現象の重要性について次のように説明しています。クロスオーバーの配置を推進するメカニズムを理解することで、育種方法を明らかにし、クロスオーバーの配置を変更して、既存の植物および動物の育種技術を改善できる可能性が高くなります。」
1世紀以上の研究にもかかわらず、クロスオーバーが形成される場所と量を決定する細胞メカニズムは、多くの著名な科学者を魅了し、失望させてきた謎のままです。 「交差干渉」というフレーズは1915年に造られたもので、染色体上の1つの場所で交差が発生すると、近くで交差が形成されるのを防ぐという観察結果を表しています。
ジョンイネスセンターの研究チームは、数学的モデリングと超解像顕微鏡法「3D-SIM」の高度な組み合わせを使用して、クロスオーバーの数と位置が「正しい」ことを保証するメカニズムを特定することで、この古くからの謎を解決しました。多すぎたり、少なすぎたり、近すぎたりしないでください。
研究チームは、減数分裂のクロスオーバー形成に重要な役割を果たすHEI10と呼ばれるタンパク質の挙動を研究しました。超解像顕微鏡は、HEI10タンパク質が染色体に沿ってクラスター化し、最初は多くの小さなクラスターを形成することを示しました。
ただし、時間の経過とともに、HEI10タンパク質は少数のはるかに大きなクラスターにのみ集中し、臨界質量に達すると、クロスオーバー形成を引き起こす可能性があります。
次に、これらの測定値を、HEI10分子の拡散とそれらのクラスタリングの簡単なルールに基づいてこのクラスタリングをシミュレートする数学モデルと比較しました。数学的モデルは、HEI10の量を変更するだけでクロスオーバー周波数を確実に変更できることを含め、多くの実験的観測を説明および予測することができました。
「私たちの研究は、シロイヌナズナの生殖細胞の超高解像度イメージングデータが、シロイヌナズナのクロスパターニングの「拡散を介した粗大化」数学モデルと一致していることを示しています。このモデルは、減数分裂染色体のクロスオーバーパターンの形成を理解するのに役立ちます」と科学者たちは言います。
マーティンハワード教授は次のように付け加えています。「この研究は、力学を明らかにするために最先端の実験と数学的モデリングを必要とした学際的研究の優れた例です。興味深い将来の方向性の1つは、私たちのモデルが他の生物のクロスオーバーパターンの形成をどれだけうまく説明できるかを評価することです。」
この研究は、クロスオーバーが主に染色体の特定の領域に限定されている小麦などの作物に特に役立ちます。これにより、育種家はこれらの植物の完全な遺伝的可能性を解き放つことができなくなります。
この研究は、NatureCommunications誌に掲載されました。
2021-08-04 03:42:11
著者: Vitalii Babkin