Раскрыт ключевой механизм быстрой эволюции центромер

Совместная исследовательская группа под руководством Саюри Цукахары и Тэцудзи Какэтани из Токийского университета выяснила механизм, благодаря которому ретротранспозоны — генетические элементы, способные «перепрыгивать» по хромосомам и являющиеся известными драйверами эволюции, — предпочтительно встраиваются в центромеру. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Центромера — это самая узкая часть хромосомы, разделяющая её на длинное и короткое плечо. Её роль в передаче информации при делении клетки сохраняется у всех эукариот, несмотря на существенные межвидовые и внутривидовые вариации в её последовательности ДНК — явление, известное как «парадокс центромеры».

Было известно, что встраивание ретротранспозонов в центромеру способствует этой вариабельности и быстрой эволюции. Однако механизмы встраивания оставались неизвестными. Чтобы восполнить этот пробел, исследователи изучили механизмы встраивания ретротранспозонов Tal1 и EVD у растения Arabidopsis lyrata.

«Мы давно знали, что значительная часть генома эукариот состоит из транспозонов, сконцентрированных вокруг центромеры, — говорит первый автор Саюри Цукахара. — Однако что определяет такое распределение и какова их роль в центромере, было неизвестно».

До недавнего времени референсные данные по центромерам Arabidopsis и многих других организмов отсутствовали. Благодаря прогрессу в секвенировании ДНК такие данные наконец удалось собрать, что сделало это исследование возможным. Учёные также использовали ранее разработанный некоторыми соавторами метод TEd-seq, созданный для высокоэффективного обнаружения вставок ретротранспозонов.

Объединив эти два технических усовершенствования, исследователи смогли точно «прочитать» сайты встраивания и нанести результаты на карту центромерной области референсного генома.

«Мы были удивлены результатами TEd-seq, — заявляет Цукахара, — потому что ретротранспозоны Tal1 и EVD показали сильную предвзятость к интеграции. Tal1 встраивался в центромеру, практически без вставок в область плеча хромосомы. С другой стороны, EVD интегрировался в плечо хромосомы, хотя он тесно связан с ретротранспозоном Tal1».

Кроме того, исследователи обнаружили, что эти предпочтения встраивания меняются на противоположные, когда они меняют определённый регион (c-концевой домен интегразы) у двух ретротранспозонов местами.

«Мы поражены сложными механизмами интеграции ретротранспозонов, — говорит Цукахара. — Мы хотели бы подробнее изучить механизмы центромер-специфичной интеграции ретротранспозона Tal1. Например, идентифицировать факторы, связывающиеся с Tal1, и исследовать, существует ли предвзятость в передаче центромеры, содержащей Tal1, потомству. Это может привести к раскрытию влияния встраивания ретротранспозонов в центромеру».