摘要：位于德國科隆的馬克斯普朗克植物育種研究所的研究人員的最新發(fā)現(xiàn)，為有性繁殖過程中染色體重組是如何被調(diào)節(jié)的這個(gè)長(zhǎng)達(dá)一個(gè)世紀(jì)的謎團(tuán)提供了一種解釋。
在大多數(shù)高等生物中，包括人類，每個(gè)細(xì)胞都攜帶著每種基因的兩個(gè)版本，這被稱為等位基因。每個(gè)父母將一個(gè)等位基因傳遞給每個(gè)后代。由于它們?cè)谌旧w上連接在一起，相鄰的基因通常一起遺傳。然而，情況并非總是如此。為什么?
答案是重組，這是在細(xì)胞分裂過程中，在同源染色體之間洗牌等位基因內(nèi)容的過程。機(jī)制上，重組是通過交叉實(shí)現(xiàn)的，同源染色體相互接觸，導(dǎo)致遺傳物質(zhì)的交換。
雜交長(zhǎng)期以來一直吸引著科學(xué)家，特別是植物育種家，因?yàn)椴倏v雜交過程提供了增加遺傳多樣性和組裝所需的等位基因組合以提高作物產(chǎn)量的潛力。成功的有性生殖至少需要一對(duì)染色體;事實(shí)上，缺乏交叉基因是導(dǎo)致唐氏綜合癥等人類三體癥的主要原因?？缃鐢?shù)字也受到嚴(yán)格監(jiān)管，一般不超過3個(gè)。這種跨界數(shù)量的限制，以及由此產(chǎn)生的重組，是通過跨界干擾來實(shí)現(xiàn)的，跨界干擾是一種現(xiàn)象，通過這種現(xiàn)象，跨界會(huì)抑制其附近的其他跨界。然而，自從大約120年前這種干擾首(空)次被描述以來，它是如何工作的一直是個(gè)謎。
交叉干涉的新模型
現(xiàn)在，德國科隆馬克斯普朗克植物育種研究所的Raphael Mercier領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)現(xiàn)了令人信服的證據(jù)，支持最近提出的交叉干擾模型。Mercier和他的團(tuán)隊(duì)，以及由Stéphanie Durand, qiichao Lian和Juli Jing領(lǐng)導(dǎo)的工作，通過操縱已知的在模式植物中參與促進(jìn)雜交或連接染色體的蛋白質(zhì)表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了這些見解擬南芥Mercier和他的同事利用這種物種來獲得對(duì)遺傳機(jī)制的基本見解。促進(jìn)前交叉蛋白HEI10的表達(dá)會(huì)導(dǎo)致交叉的顯著增加，破壞蛋白質(zhì)ZYP1的表達(dá)也是如此，ZYP1是突觸復(fù)合體的組成部分，突觸復(fù)合體是同源染色體之間形成的一種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。
圖1 通過突觸復(fù)合體和HEI10聯(lián)合控制減數(shù)分裂交叉模式
當(dāng)科學(xué)家們將這兩種干預(yù)結(jié)合起來時(shí)，他們驚訝地觀察到交叉的大量增加，這表明HE10的劑量和ZYP1共同控制CO模式。重要的是，以這種方式大量增加交叉幾乎不會(huì)影響細(xì)胞分裂。
圖2 通過zyp1突變和HEI10過度表達(dá)的組合使交叉大量增加
隨著HEI10水平的增加，交叉的顯著增加與交叉數(shù)量如何被調(diào)節(jié)的新模型相一致。該模型由德國馬克斯普朗克動(dòng)態(tài)和自組織研究所的David Zwicker和他的團(tuán)隊(duì)制定，該模型基于he10蛋白沿突觸復(fù)合體的擴(kuò)散和一個(gè)粗化過程，導(dǎo)致間距良好的he10焦點(diǎn)，促進(jìn)交叉。在模型中，HEI10最初形成多個(gè)小焦點(diǎn)，逐漸整合為少量與交叉位點(diǎn)共定位的大焦點(diǎn)。在這個(gè)簡(jiǎn)單的模型中，增加HEI10的水平將導(dǎo)致更多的焦點(diǎn)，因此更多的交叉;因此，沿軸的液滴的形成似乎是交叉位置的決定因素。
Mercier對(duì)該團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)感到興奮，但也已經(jīng)在展望未來:“這些結(jié)果令人興奮地洞察了一個(gè)困擾科學(xué)家們100多年的過程。接下來，我們想更好地了解是什么控制了HEI10液滴的動(dòng)力學(xué)，以及它們是如何促進(jìn)交叉的。如果我們能更好地處理這一過程是如何工作的，這可能會(huì)讓我們?cè)谥参镉N過程中有選擇地促進(jìn)重組，使我們能夠組裝那些一直無法達(dá)到的有益等位基因組合。"
參考資料：
[1] Joint control of meiotic crossover patterning by the synaptonemal complex and HEI10 dosage
