ФОТО: FreepikКак растения обмениваются генами
Исследование, проведенное биологами из Института генетики растений имени Лейбница (Германия), привело к выделению белка SCEP3. Он оказался ключевым элементом в процессе размножения растений, регулируя механизм обмена генами между хромосомами. Ученые утверждают, что это открытие предоставляет новые возможности для создания сельскохозяйственных культур с улучшенными свойствами.
Основы генетического разнообразия
Половые размножения растений осуществляются через мейоз, в результате которого формируются половые клетки с половинным набором хромосом. Это позволяет при оплодотворении восстанавливать полный набор хромосом, но с новыми уникальными генетическими комбинациями. В начальной фазе мейоза происходит рекомбинация — процесс, когда парные хромосомы обмениваются участками ДНК. Этот обмен, известный как кроссинговер, содействует генетическому разнообразию потомства, что крайне важно для эволюционных изменений и адаптации растений.
Тем не менее, природа тщательно контролирует, где и как часто происходят эти обмены. Этот контроль, с одной стороны, обеспечивает стабильность генома, но с другой — ограничивает возможность создания новых генетических комбинаций. Поэтому понимание механизмов, регулирующих кроссинговеры, критически важно для эффективной селекции растений.
Роль синаптонемального комплекса
Синаптонемальный комплекс является важнейшим элементом мейоза — белковой структурой, соединяющей парные хромосомы для их корректного взаимодействия. Ранее ученым были известны только три белка, участвующие в формировании этого комплекса у растения Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля). Однако недавнее исследование, опубликованное в журнале Nature Plants, добавило новый компонент — белок SCEP3.
Ученые установили, что SCEP3 выполняет двойные функции. Во-первых, он помогает «скреплять» хромосомы, обеспечивая их корректное выравнивание. Во-вторых, он регулирует частоту и распределение генетических обменов между хромосомами. Это открытие стало значительным достижением, поскольку ранее такие функции не ассоциировались с этим белком.
Эксперименты с SCEP3
Для изучения функции SCEP3 исследователи применили современную технологию редактирования генома CRISPR/Cas9. Они «выключили» ген, ответственный за синтез данного белка, и получили удивительные результаты: у растений, у которых отсутствовал SCEP3, частота кроссинговеров значительно возросла. Кроме того, исчезли различия между мужскими и женскими половыми клетками, в которых обмен генами обычно происходит с различной интенсивностью.
Эти результаты имеют огромное значение для селекции. Увеличение частоты кроссинговеров позволяет значительно увеличить генетическое разнообразие, что необходимо для создания новых сортов растений. Например, можно целенаправленно улучшать такие характеристики, как устойчивость к болезням, засухоустойчивость или лучшее качество плодов.
Возможности для сельского хозяйства
Белок SCEP3 распространен среди различных растений, что делает его потенциальной целью для работы с сельскохозяйственными культурами. Знание его функций открывает возможности для более точной селекции. С помощью современных технологий можно будет создавать растения с заранее заданными характеристиками, ускоряя процесс выведения новых сортов. Например, фермеры смогут получать культуры, адаптированные к изменяющимся климатическим условиям, или растения, обеспечивающие более высокий урожай. Это особенно актуально в условиях увеличения численности населения планеты и необходимости повышения объемов производства продовольствия.
Источник: russian7.ru
