Дисбаланс хромосом предсказывает дефекты растений
Физические дефекты у растений можно предсказать на основе дисбаланса хромосом. Это открытие может пролить свет на то, как добавление или удаление генов, а также организация генома влияют на организмы.
Исследование выявило легко измеряемые характеристики, которые меняются в зависимости от дисбаланса конкретных хромосом. Понимание причин и механизмов этих изменений может открыть путь к исправлению подобных дефектов не только у растений, но и у животных и людей. Классический пример у людей — синдром Дауна, вызванный дополнительной копией хромосомы 21.
«Способность организма реплицировать и передавать все свои гены невероятно важна. Мы обнаружили, что гены чувствительны к своей дозе относительно остального генома. Когда этот баланс нарушается, организмы дают сбой», — заявил Брайан Дилкс, соавтор исследования.
У растений дисбаланс в числе хромосом может вызывать дефекты стеблей, листьев, цветков и других физических признаков. Понимание этих механизмов позволит учёным манипулировать признаками растений для увеличения биомассы для производства топлива или других целей.
«Изучив правила, мы можем предсказать результат добавления или удаления гена из организма. Мы видим предсказуемые физические последствия вариаций в дозировке хромосом. Эта проблема поддаётся решению», — отметил Дилкс.
Исследовательская группа изучила дозировку хромосом у модельного растения Arabidopsis thaliana. Учёные использовали естественные и созданные в лаборатории растения с множественными копиями каждой хромосомы (полиплоиды), а затем скрещивали их для получения анеуплоидов — растений с нерегулярным числом хромосом.
Анеуплоиды, у которых была избыточная или недостающая хромосома, были протестированы для определения дисбаланса. Затем у этих растений зафиксировали фенотипические характеристики (провели фенотипирование). Сравнение фенотипов и хромосомных дисбалансов показало чёткую связь: избыток или недостаток конкретных хромосом соответствовал определённым фенотипическим признакам.
Например, у растений с избытком хромосомы 1 и недостатком хромосомы 3 увеличивался диаметр стебля. Для проверки этого вывода были созданы растения с таким конкретным дисбалансом, и диаметр стебля увеличился, как и предсказывалось.
Неожиданным оказалось то, что хромосомный дисбаланс приводил к аномальным признакам у потомства. Растения с нормальным числом хромосом, произошедшие от растений с хромосомным дисбалансом, должны были быть нормальными, но всё же демонстрировали аномальные характеристики.
«В этих хромосомах что-то изменилось. Мы не знаем, что именно, но это говорит о том, что изменения в дозировке хромосом имеют последствия для нескольких поколений. Последовательность ДНК говорит, что эти растения должны быть совершенно нормальными, но это не так», — пояснил Дилкс.
Будущие исследования будут сосредоточены на изучении дисбаланса хромосом у сельскохозяйственных культур, таких как кукуруза, и на попытках понять, как избыток или недостаток гена приводит к определённой фенотипической характеристике.
Исследование опубликовано в журнале Genetics.