Белок SCEP3 регулирует распределение кроссоверов для успешного размножения растений

Исследователи из Университета Лестера выяснили, как у растений обеспечивается успешное расхождение хромосом при половом размножении. Это открытие может быть полезно как для селекции растений, так и для понимания причин бесплодия у человека.

Яйцеклетки и сперматозоиды (или пыльца) несут половинный набор хромосом, который восстанавливается до нормального уровня при оплодотворении. Уменьшение числа хромосом происходит во время мейоза — особого клеточного деления. Его сбой приводит к неправильному числу хромосом в половых клетках, что у людей может вызывать выкидыши или редкие генетические заболевания, а у растений — бесплодие.

Верное расхождение хромосом зависит от того, что каждая пара получает хотя бы одно событие кроссинговера (кроссовера), которое удерживает хромосомы вместе во время мейоза. Поэтому кроссоверы должны строго регулироваться.

Как белок SCEP3 обеспечивает баланс

В исследовании, опубликованном в Nature Plants, учёные показали, что белок SCEP3 обеспечивает равномерное распределение кроссоверов по всем хромосомам, предотвращая их неправильное расхождение и бесплодие. Он делает это, ограничивая количество кроссоверов для каждой пары хромосом, чтобы их хватило на все.

Например, у модельного растения Arabidopsis thaliana в присутствии SCEP3 на пять пар хромосом может образоваться 15 кроссоверов — по три на каждую пару. Однако в отсутствие SCEP3 некоторые пары хромосом получают четыре кроссовера, а другие — ни одного. Это вызывает дисбаланс хромосом во время клеточного деления и потерю фертильности.

Значение для изучения фертильности человека

У человека эквивалентным геном SCEP3 является SIX6OS1. Однако мутации у людей сложно изучать, так как клеточные ошибки приводят к запрограммированной гибели клеток, в то время как клетки растений продолжают жить, несмотря на дефекты.

Таким образом, роль SIX6OS1 в обеспечении правильного расхождения хромосом за счёт распределения кроссоверов ещё не была показана, но анализ SCEP3 позволяет предположить, что это, вероятно, так и есть.

Профессор генетики растений Джеймс Хиггинс, ведущий автор исследования, пояснил: «Кроссоверы не только гарантируют, что хромосомы правильно наследуются из поколения в поколение, но и обменивают ДНК между материнскими и отцовскими хромосомами, так что у ребёнка возникает новая, уникальная комбинация генов. Этот же процесс происходит у растений и лежит в основе селекции сельскохозяйственных культур, где отбираются новые комбинации признаков. Следовательно, эти знания можно использовать для создания новых сортов растений, а также для дальнейшего изучения бесплодия у человека».