Генетическое исследование раскрывает тайну «эгоистичных» B-хромосом у ржи
Некоторые хромосомы, такие как B-хромосомы, могут повышать скорость своего наследования в собственных интересах. Эти дополнительные хромосомы встречаются у многих растений, животных и грибов и используют различные стратегии, чтобы избежать элиминации в процессе эволюции, поскольку большинство организмов стремятся удалить несущественные генетические элементы.
Однако генетические механизмы, с помощью которых B-хромосомы избегают элиминации, изучены плохо. Международная исследовательская группа под руководством Института Лейбница IPK идентифицировала гены на B-хромосоме ржи, которые, вероятно, ответственны за регуляцию этого процесса. Результаты опубликованы в Nature Communications.
Сверхчисленные B-хромосомы, в отличие от стандартных A-хромосом, не требуются для нормального роста и развития организмов. По состоянию на 2024 год B-хромосомы обнаружены почти у 3000 видов из всех эукариотических типов. Большинство B-хромосом в небольшом количестве не оказывают заметного влияния на отбор, но увеличение их числа может приводить к фенотипическим аномалиям и снижению фертильности.
Чтобы избежать элиминации, многие B-хромосомы влияют на деление клеток в свою пользу и увеличивают свою копийность в этом процессе. Это явление называется хромосомным драйвом. Таким образом, «эгоистичные» B-хромосомы активируются только тогда, когда под угрозой их существование, а не для пользы растения.
Механизмы драйва в системах B-хромосом изучались у многих видов и в различных контекстах с использованием технологий от классической генетики до цитогенетики.
Но, несмотря на идеальность B-хромосом как тестового случая для изучения механизмов хромосомного драйва, исследования в этой области медленно использовали взрывной рост данных от секвенирования ДНК. B-хромосомы обладают высокой структурной сложностью, повторяемостью и множественностью, что затрудняет их сборку на уровне псевдомолекул, особенно до недавнего развития технологий длинного чтения (long-read sequencing).
В результате, понимание на уровне генов конкретных механизмов, контролирующих хромосомный драйв, сильно ограничено, и конкретные гены-кандидаты, вовлеченные в этот феномен, до сих пор не были идентифицированы.
Чтобы идентифицировать фактор(ы) контроля драйва на B-хромосоме ржи, международная исследовательская группа сначала сузила область поиска до региона контроля драйва.
Затем исследователи использовали длинные прочтения ДНК, собрали B-хромосому ржи в единую псевдомолекулу длиной ~430 Мб и провели детальный транскриптомный анализ.
«Используя вновь собранную псевдомолекулу B-хромосомы, мы идентифицировали пять генов-кандидатов, чья роль в качестве регуляторов хромосомного драйва подтверждается дополнительными исследованиями», — объясняет Цзяньюн Чен, первый автор исследования.
«Выделился ген DCR28, который, предположительно, ответственен за регуляцию этого процесса», — подчеркивает профессор Андреас Хоубен, руководитель исследовательской группы «Структура и функция хромосом» IPK.
Кроме того, было показано, что B-хромосома произошла от фрагментов всех семи стандартных A-хромосом ржи.
Эти открытия также могут быть полезны для исследований генетических заболеваний, в основе которых лежит неравное распределение хромосом.