Учёные создали полногеномную карту генетической рекомбинации у плодовой мушки
Во время мейоза, при образовании яйцеклеток и сперматозоидов (гамет), хромосомы от каждого из родителей должны найти партнёров, спариться и обменяться частями своей ДНК. Эта рекомбинация — важная движущая сила генетической изменчивости и эволюции, но, что критично, она обеспечивает правильное расхождение хромосом при последующих делениях. Сбои в рекомбинации у человека могут приводить к выкидышам и врождённым дефектам.
Впервые исследователи из Института Стоуэрс составили карту участков рекомбинации во всём геноме плодовой мушки Drosophila melanogaster после одного раунда мейоза. Результаты показывают, что два основных типа рекомбинационных событий — кроссинговеры и некроссинговеры — располагаются разными механизмами.
Результаты, опубликованные онлайн в журнале Genetics, дают важное понимание организации хромосом и механизмов наследования.
Как происходит рекомбинация?
Во время мейоза клетка копирует хромосомы, спаривает их и перемешивает участки генетического материала между гомологичными хромосомами. Это происходит двумя путями:
- Кроссинговер: обмен крупными участками ДНК.
- Некроссинговер: копирование небольших фрагментов ДНК с одной хромосомы и встраивание в другую.
Неправильно расположенные кроссинговеры или их отсутствие на хромосоме 21 — одна из главных причин трисомии 21 (синдрома Дауна) у людей.
Новый подход к картированию
В отличие от предыдущих исследований, фокусировавшихся на одной хромосомной ветви или на пулах мух, учёные решили определить распределение и кроссинговеров, и некроссинговеров по всем пяти основным хромосомным ветвям мушки. Некроссинговеры, затрагивающие лишь несколько сотен пар оснований, обнаружить сложнее.
Дэнни Миллер, ведущий автор исследования, провёл скрещивание двух генетически различных линий мух, отличающихся примерно в 500 000 точках генома. Затем он отсеквенировал полные геномы 196 потомков и создал специальную компьютерную программу для поиска следов рекомбинации в 160 миллионах оснований каждого генома.
Ключевые результаты
- Обнаружено 541 событие кроссинговера и 291 событие некроссинговера.
- Кроссинговеры распределены в дистальных двух третях хромосомных ветвей.
- Некроссинговеры распределены равномерно по всем пяти основным хромосомным ветвям. Они образуются в областях, редких для кроссинговеров (например, возле центромеры), и могут возникать близко друг к другу, в отличие от кроссинговеров, которые подвержены интерференции.
- Число кроссинговеров значительно варьировало в зависимости от положения на хромосомной ветви и от хромосомы к хромосоме. Например, на одной из ветвей хромосомы 2 обнаружено всего пять двойных кроссинговеров — меньше ожидаемого. Это подтверждает, что каждая хромосома имеет свои «правила» для размещения кроссинговеров.
- Также обнаружены свидетельства дупликаций и делеций, вызванных транспозонами (подвижными генетическими элементами). Они были выявлены в 1–2% генома, что согласуется с предыдущими данными.