Chromosomy B manipulują podziałem komórek w celu przeżycia, a nowe badania identyfikują kluczowe geny, w tym DCR28, zaangażowane w ten proces u żyta.
Nadliczbowe chromosomy B, w przeciwieństwie do standardowych chromosomów A, nie są niezbędne do prawidłowego wzrostu i rozwoju organizmów. Od 2024 r. chromosomy B zidentyfikowano u prawie 3000 osób gatunek we wszystkich gromadach eukariotycznych. Podczas gdy mała liczba chromosomów B zazwyczaj nie ma zauważalnego wpływu selektywnego, większa liczba może prowadzić do nieprawidłowości fenotypowych i zmniejszenia płodności.
Aby uniknąć eliminacji, wiele chromosomów B wpływa na podział komórek na swoją korzyść i zwiększa w ten sposób liczbę ich kopii. Zjawisko to nazywa się napędem chromosomowym. Dlatego „samolubne” chromosomy B stają się aktywne tylko wtedy, gdy zagrożone jest ich istnienie, a nie dla dobra rośliny.
Wyzwania w badaniu napędu chromosomu B
Mechanizmy napędowe w układach chromosomów B badano u wielu gatunków i kontekstów przy użyciu różnych technologii, od genetyki klasycznej po cytogenetykę.
Jednak pomimo tego, że badania nad chromosomem B stanowią idealny przypadek testowy do badania podstawowych mechanizmów napędu chromosomowego, dopiero powoli udaje się wykorzystać eksplozję danych DNA boom sekwencjonowania: chromosomy B są bardzo złożone strukturalnie, powtarzalne i liczne, co czyni je odpornymi na składanie chromosomów na poziomie pseudocząsteczek, zwłaszcza przed ostatnimi osiągnięciami w dziedzinie sekwencjonowania z długim odczytem.
W związku z tym wgląd na poziomie genów w specyficzne mechanizmy kontrolujące napęd chromosomów jest poważnie ograniczony, a jak dotąd nie zidentyfikowano konkretnych kandydatów na geny zaangażowanych w to zjawisko.
Przełom w badaniach nad chromosomem B żyta
Aby zidentyfikować czynniki kontrolujące popęd na chromosomie B żyta, międzynarodowy zespół badawczy kierowany przez Instytut IPK Leibniz najpierw zawęził rozmiar regionu kontrolującego popęd. Następnie badacze wykorzystali długie odczyty DNA i złożyli chromosom B żyta w pojedynczą pseudocząsteczkę o długości ~430 Mb, a następnie przeprowadzili szczegółową analizę transkryptomu.
„Korzystając z nowo utworzonej pseudocząsteczki chromosomu B, zidentyfikowaliśmy pięć genów kandydujących, których rolę jako moderatorów napędu chromosomowego potwierdzają dodatkowe badania” – wyjaśnia Jianyong Chen, pierwszy autor badania. „Wyróżniał się gen DCR28, który prawdopodobnie odpowiada za regulację tego procesu” – podkreśla prof. Andreas Houben, kierownik grupy badawczej IPK „Struktura i funkcja chromosomu”. Ponadto wykazano, że chromosom B pochodzi z fragmentów wszystkich siedmiu standardowych chromosomów A żyta.
Odkrycia te mogą być również pomocne w badaniach nad chorobami genetycznymi wynikającymi z nierównego rozmieszczenia chromosomów.
Literatura: „Genetyczny mechanizm napędu chromosomu B w żyto oświetlony przez składanie w skali chromosomów” Jianyong Chen, Jan Bartoš, Anastassia Boudichevskaia, Anna Voigt, Mark Timothy Rabanus-Wallace, Steven Dreissig, Zuzana Tulpová, Hana Šimková, Jiří Macas, Gihwan Kim, Jonas Buhl, Katharina Bürstenbinder, Frank R. Blattner, Jörg Fuchs, Thomas Schmutzer, Axel Himmelbach, Veit Schubert i Andreas Houben, 8 listopada 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-53799-w
