Разгадывая вариации центромер у видов лука

от

Деление клеток — это фундаментальный процесс, благодаря которому живые организмы растут, восстанавливают утраченные клетки и регенерируют мёртвые и повреждённые ткани. Когда родительская клетка делится на две дочерние, хромосомы — структуры, которые организуют и хранят генетическую информацию — дублируются, чтобы создать две копии. Эти копии распределяются поровну, так что дочерние клетки генетически идентичны.

Плечи хромосомы, или сестринские хроматиды, обычно ориентированы в форме буквы X и удерживаются вместе в центре структурой, похожей на зажим, известной как центромера. Сестринские хроматиды разделяются или отделяются в центромерах для равномерного распределения генетической информации между дочерними клетками во время деления клеток.

Долгое время считалось, что тандемные повторы последовательностей ДНК, также известные как сателлиты, необходимы для стабилизации центромер. Однако недавние достижения в области геномного секвенирования выявили значительное межвидовое разнообразие, предполагая, что стереотипная центромера с сателлитами может быть не единственной формой центромеры. Кроме того, исследования на растениях показали, что центромеры могут динамически изменять своё положение даже на уровне отдельных особей.

Исследование вариаций центромер у видов Allium

Доцент Киётака Нагаки из Института наук о растениях и ресурсах и профессор Коичиро Ушиджима из Высшей школы экологических и жизненных наук Университета Окаямы, Япония, стремились проанализировать вариации в размере, стабильности и миграции центромер, используя виды Allium, включая лук и чеснок, в качестве модельной системы.

Их выводы были опубликованы онлайн в The Plant Cell 10 июня 2025 года. «Благодаря своему большому размеру и малому числу хромосом чеснок, лук-шалот и лук являются ценными моделями в цитогенетическом образовании и исследованиях. Справочные последовательности генома этих видов были недавно опубликованы. Мы попытались определить точное местоположение центромеры, используя антитело, полученное в нашем предыдущем исследовании», — объясняет доцент Нагаки.

Центромера взаимодействует с нуклеосомой (комплексом ДНК и белка), содержащей вариант гистона H3, специфичного для центромеры (CENH3), и инициирует сегрегацию хромосом во время деления клеток. Исследователи использовали антитело, нацеленное на CENH3, для картирования областей центромер в геноме восьми сортов лука-шалот (культивируемый сорт растений с желаемыми характеристиками).

Далее они сравнили связанные с CENH3 геномные последовательности со справочной последовательностью для выявления тандемных повторов. Их анализ выявил единственный пик CENH3 на каждой хромосоме. Размеры центромерных областей варьировались от 0,9 Мб (мегабаза = 1 миллион пар оснований) до 2,6 Мб и перекрывались с тандемными повторами, что указывает на стабильное положение центромеры со значительными вариациями в размере.

В отличие от лука-шалот, картирование центромер шести сортов лука и трёх сортов лука-шалот показало множественные пики CENH3 на хромосоме со значительными вариациями между разными сортами. Интересно, что, в отличие от лука-шалот, исследователи отметили, что распределение CENH3 сместилось от положения древних центромер (сопоставленных с последовательностями сателлитов) до 28,0 Мб. Кроме того, они наблюдали различия между особями одного и того же сорта, что указывает на потенциальную роль эпигеномных механизмов (обратимых геномных изменений), а не структурных перестроек.

Пока исследователи обнаружили, что, хотя у лука-шалот центромеры расположены равномерно, но имеют разную длину, у лука наблюдается миграция центромер. Далее они изучили, как эти свойства проявляются у Вакеги — гибрида лука-шалот и лука. Примечательно, что на каждой хромосоме был отмечен только один пик CENH3 без полиморфизмов (геномных вариаций). Отсутствие миграции центромер у гибридного сорта предполагает, что гибридизация может повысить стабильность центромеры.

Наконец, картирование центромер в чесноке выявило поразительно более крупные регионы, распределённые CENH3. Представительные гигантские центромеры были в 5,5 раз больше, чем у лука-шалот, и в два раза больше, чем у хлебной пшеницы, с самыми большими центромерами, измеренными на сегодняшний день. Интересно, что чеснок имел стабильные центромеры, несмотря на полное отсутствие последовательностей повторов сателлитного типа, что ставит под сомнение необходимость тандемных повторов для стабильности центромеры.

В целом, эти результаты позволяют предположить, что центромеры могут быть не статичными, как считалось ранее, а значительно различаться по своей организации, размеру и положению/подвижности даже у близкородственных видов.

Доцент Нагаки в заключение говорит о долгосрочных последствиях их работы: «Если в будущем центромеры можно будет искусственно сдвигать, это может изменить экспрессию соседних генов, что может помочь улучшить селекцию и культивирование продовольственных культур».

Предоставлено Университетом Окаямы.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте