Выведение растений с генами только от одного родителя
Ученые приблизились к созданию растений с генами только от одного родителя. Исследование, опубликованное 19 ноября в Science Advances, раскрывает механизм, лежащий в основе устранения половины генома. Это может упростить и ускорить выведение сельскохозяйственных культур с желательными признаками, например, устойчивостью к болезням.
Работа основана на открытии, сделанном более десяти лет назад покойным Саймоном Чаном и его коллегами из Калифорнийского университета в Дэвисе.
Растения, как и другие половые организмы, наследуют совпадающий набор хромосом от каждого родителя. Чтобы передать благоприятный признак всем потомкам, растение должно иметь одинаковый генетический вариант на каждой хромосоме. Создание таких стабильно наследуемых растений может потребовать поколений скрещиваний.
В 2010 году Чан и его коллеги случайно обнаружили способ устранить генетический вклад одного из родителей у лабораторного растения Arabidopsis. Они модифицировали белок CENH3, находящийся в центромере — структуре в центре хромосомы. При скрещивании дикого типа Arabidopsis с растениями, имеющими модифицированный CENH3, получались растения с половиной нормального числа хромосом. Часть генома от одного родительского растения была устранена, создав гаплоидное растение.
Эта работа, опубликованная в Nature в марте 2010 года, стимулировала попытки достичь того же результата у сельскохозяйственных культур, таких как кукуруза, пшеница и томат.
Разгадка тайны
Однако точное воспроизведение стратегии Чана вне Arabidopsis до сих пор не удавалось. Недавно другим лабораториям удалось создать растения с одним набором хромосом, манипулируя CENH3, но связь между этими результатами была неясна.
«Механистическая основа влияния CENH3 на индукцию гаплоидии оставалась загадкой», — отметил профессор Лука Комаи. Похоже, для каждого вида действуют разные правила.
Теперь эта загадка в основном разгадана. Мохан Маримуту с коллегами выяснили, что когда белок CENH3 изменен, он удаляется из ДНК в яйцеклетке до оплодотворения, ослабляя центромеру.
«В последующих эмбриональных делениях обедненные CENH3 центромеры, доставшиеся от яйцеклетки, не могут конкурировать с богатыми CENH3 центромерами от спермия, и женский геном элиминируется», — пояснил Комаи.
Это открытие — что любое селективное истощение CENH3 вызывает слабость центромеры — объясняет как оригинальные результаты Чана, так и новые данные по пшенице и кукурузе. Новое знание должно облегчить индукцию гаплоидов у сельскохозяйственных растений.