Новое открытие учёных объясняет, что определяет количество и положение генетических обменов, которые происходят в половых клетках, таких как пыльца и яйцеклетки у растений или сперматозоиды и яйцеклетки у людей.
Когда половые клетки образуются в результате особого клеточного деления, называемого мейозом, хромосомы обмениваются большими сегментами ДНК. Это значит, что каждая новая клетка имеет уникальный генетический состав, и объясняет, почему, за исключением однояйцевых близнецов, ни один человек из братьев и сестер никогда не бывает полностью генетически похож на других. Эти обмены ДНК, или перекрестки, необходимы для создания генетического разнообразия, движущей силы эволюции, и их частота и положение вдоль хромосом строго контролируются.
Доктор Крис Морган объясняет значение этого феномена: “Позиционирование кроссинговера имеет важное значение для эволюции, фертильности и селективного размножения. Понимая механизмы, которые управляют позиционированием кроссовера, мы, скорее всего, сможем раскрыть методы изменения позиционирования кроссовера для улучшения современных технологий выращивания растений и животных”.
Несмотря на более чем столетние исследования, клеточный механизм, определяющий, где и сколько образуется переходов, остается в основном загадкой, которая очаровывала и разочаровывала многих выдающихся ученых. Фраза “перекрестная интерференция” была придумана в 1915 году и описывает наблюдение, что, когда кроссовер происходит в одном месте хромосомы, он подавляет образование кроссоверов поблизости.
Используя ультрасовременную комбинацию математического моделирования и микроскопии сверхразрешения “3D-SIM”, команда исследователей Центра Джона Иннеса разгадала эту вековую тайну, определив механизм, который гарантирует, что числа и позиции перекрестков “в самый раз”: не слишком много, не слишком мало и не слишком близко друг к другу.
Команда изучала поведение белка HEI10, который играет важную роль в формировании перекрестков в мейозе. Микроскопия со сверхразрешением показала, что белки HEI10 группируются вдоль хромосом, первоначально образуя множество небольших групп. Однако с течением времени белки HEI10 концентрируются только в небольшом количестве гораздо более крупных кластеров, которые, как только они достигают критической массы, могут вызвать образование кроссовера.
Затем эти измерения были сопоставлены с математической моделью, имитирующей эту кластеризацию, основанной на диффузии молекул HEI10 и простых правилах их кластеризации. Математическая модель была способна объяснить и предсказать многие экспериментальные наблюдения, в том числе то, что частота кроссовера может быть надежно изменена простым изменением величины HEI10.
