近日，來自英國(guó)約翰·英納斯中心的研究人員利用一種跨學(xué)科的方法解決了一個(gè)百年來的難題——生殖細(xì)胞在減數(shù)分裂過程中如何確定DNA交換的數(shù)量和位置。
細(xì)胞減數(shù)分裂是指有性繁殖的生物在生殖細(xì)胞成熟過程中發(fā)生的特殊分裂方式，在這一過程中，同源染色體間會(huì)交換大部分DNA。這些DNA在染色體上的數(shù)量和位置都是特定的，它們的交叉互換是為了基因重組，對(duì)于遺傳多樣性必不可少。這確保了每個(gè)新細(xì)胞都有獨(dú)特的基因構(gòu)成，并解釋了為什么除同卵雙胞胎外，沒有兩個(gè)兄弟姐妹的基因是完全相同的。
同源染色體之間的基因交換，稱為同源重組。“重組位點(diǎn)干擾”又叫“交換干涉”，是指減數(shù)分裂過程中，當(dāng)一個(gè)染色體上的一個(gè)DNA位置發(fā)生交換時(shí)，會(huì)抑制附近其他重組位點(diǎn)發(fā)生的幾率。
研究人員利用數(shù)學(xué)建模和“3D-SIM”超分辨率顯微鏡，確定了一種確保DNA交換數(shù)量和位置“恰到好處”的機(jī)制，從而解開了細(xì)胞減數(shù)分裂這一百年之謎：數(shù)量不會(huì)太多，也不會(huì)太少，位置也不會(huì)太近。
他們研究了擬南芥中一種名為HEI10的蛋白質(zhì)的行為，這種蛋白質(zhì)在減數(shù)分裂的交換形成中發(fā)揮重要作用。超分辨顯微鏡顯示HEI10蛋白沿著染色體聚集，最初形成許多小群體。然而，隨著時(shí)間的推移，HEI10蛋白只集中在少數(shù)大得多的聚類中，一旦達(dá)到臨界質(zhì)量，就可以觸發(fā)交換。
然后，研究人員將顯微鏡觀測(cè)數(shù)據(jù)與模擬這種聚類的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)二者是一致的。這種數(shù)學(xué)模型有助研究人員理解減數(shù)分裂染色體上的DNA交換模式。
研究人員表示，這項(xiàng)研究對(duì)小麥等谷類作物尤其有價(jià)值，因?yàn)檫@些作物的雜交大多局限于染色體的特定區(qū)域，使植物育種專家無法充分利用這些植物的遺傳潛力。
該研究論文第一作者克里斯·摩根博士稱：“DNA交叉互換定位對(duì)進(jìn)化、生育和選擇性繁殖具有重要意義。通過了解驅(qū)動(dòng)交換定位的機(jī)制，我們更有可能發(fā)現(xiàn)改進(jìn)交換定位的方法，以改進(jìn)目前的動(dòng)植物育種技術(shù)。”(實(shí)習(xí)記者 張佳欣)
關(guān)鍵詞： 生殖細(xì)胞減數(shù)分裂 生殖細(xì)胞 DNA 細(xì)胞減數(shù)分裂
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