A nova descoberta explica o que determina o número e a posição das trocas genéticas que ocorrem nas células germinativas, como pólen vegetal ou esperma e óvulos humanos.
Quando as células germinativas são produzidas por uma divisão celular especial chamada meiose, os cromossomos trocam grandes segmentos de DNA. Isso garante que cada nova célula tenha uma composição genética única e explica por que, com exceção de gêmeos idênticos, não há dois irmãos completamente idênticos geneticamente.
Essas trocas ou cruzamentos de DNA (cruzamentos) são necessários para criar diversidade genética, a força motriz da evolução, e sua frequência e posição ao longo dos cromossomos são estritamente controladas.
Um dos autores do novo estudo, Dr. Chris Morgan, explica a importância desse fenômeno: “O posicionamento cruzado tem implicações importantes para a evolução, fertilidade e reprodução seletiva. Ao compreender os mecanismos que conduzem o posicionamento do crossover, é mais provável que possamos descobrir métodos de reprodução, alterar o posicionamento do crossover para melhorar as tecnologias existentes de criação de plantas e animais. ”
Apesar de mais de um século de pesquisa, o mecanismo celular que determina onde e quanto crossovers são formados permaneceu em grande parte um mistério que fascinou e desapontou muitos cientistas eminentes. A frase "interferência cruzada" foi cunhada em 1915 e descreve a observação de que quando um cruzamento ocorre em um lugar em um cromossomo, ele impede que os cruzamentos se formem nas proximidades.
Usando uma combinação avançada de modelagem matemática e microscopia de ultra-alta resolução "3D-SIM", a equipe de pesquisa do John Innes Center resolveu esse antigo mistério, identificando um mecanismo que garante que número de crossover e posição são "corretos": não muito, não muito pouco e não muito perto um do outro.
A equipe de pesquisadores estudou o comportamento de uma proteína chamada HEI10, que desempenha um papel importante na formação de crossover na meiose. A microscopia de resolução ultra-alta mostrou que as proteínas HEI10 se agrupam ao longo dos cromossomos, formando inicialmente muitos pequenos agrupamentos.
No entanto, ao longo do tempo, as proteínas HEI10 estão concentradas em apenas um pequeno número de clusters muito maiores, que, uma vez que a massa crítica é atingida, podem desencadear a formação de crossover.
Essas medidas foram então comparadas com um modelo matemático que simula esse agrupamento baseado na difusão de moléculas HEI10 e regras simples para seu agrupamento. O modelo matemático foi capaz de explicar e prever muitas observações experimentais, incluindo que a frequência de crossover poderia ser modificada de forma confiável simplesmente mudando a quantidade de HEI10.
“Nosso estudo mostra que os dados de imagem de ultra-alta resolução de células reprodutivas de Arabidopsis são consistentes com o modelo matemático de 'engrossamento mediado por difusão' para padronização cruzada em Arabidopsis. O modelo nos ajuda a entender a formação do padrão de cruzamento dos cromossomos meióticos ”, dizem os cientistas.
O professor Martin Howard acrescenta: “Este trabalho é um excelente exemplo de pesquisa interdisciplinar que exigiu experimentação de ponta e modelagem matemática para descobrir a mecânica. Uma direção futura interessante será avaliar quão bem nosso modelo pode explicar com sucesso a formação de padrões de cruzamento em outros organismos. ”
Essa pesquisa será especialmente útil para culturas como o trigo, em que os cruzamentos são limitados principalmente a certas regiões dos cromossomos, o que impede os criadores de desbloquear todo o potencial genético dessas plantas.
O estudo foi publicado na revista Nature Communications.
2021-08-04 03:42:11
Autor: Vitalii Babkin