Растения, похожие на лилии, раскрывают пути эволюции типов центромер
Центромера необходима для транспорта хромосом во время деления клетки и, следовательно, для правильной передачи генетической информации. У большинства растений и животных хромосомы имеют одну центромеру, известную как моноцентромера.
Однако около 350 000 организмов, включая нематод, бабочек и такие растения, как мускатный орех и папирус, имеют другой тип центромеры. В этом случае на хромосоме расположена не одна локализованная центромера, а несколько небольших центромер, распределенных по всей её длине. Это называется голоцентромерой.
Такой тип центромеры имеет преимущество: хромосомы с несколькими центромерами могут эффективнее реагировать на разрывы и перестройки, поскольку фрагменты хромосом не теряются во время деления клетки. Однако механизм перехода между типами центромер оставался неясным.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, команда IPK проанализировала геномы и организацию центромер двух близкородственных видов растений, похожих на лилии: вида с необычно крупной моноцентромерой и голоцентрического вида. Это сравнение дало новые представления об эволюции разных типов хромосом.
«Мы ожидали, что сначала образуется большая центромера, а затем в ходе линейного процесса эволюционирует в длинную, вытянутую центромеру», — говорит профессор д-р Андреас Хоубен.
«Однако мы обнаружили, что второй тип — голоцентрические хромосомы — развивался независимо от хромосом с макромоноцентрической центромерой», — объясняет руководитель исследовательской группы IPK «Структура и функция хромосом».
«В нашем исследовании мы продемонстрировали, что эволюция типов центромер движется сложным взаимодействием мутаций генов, эпигенетических изменений и экспансии центромерной ДНК», — объясняет д-р И-Цзы Куо, первый автор исследования. Со временем у вида Chamaelirium luteum сформировалась одна крупная центромера, тогда как у Chionographis japonica развилась длинная, вытянутая центромера.
«Впервые нам удалось точно описать гигантскую моноцентромеру Chamaelirium luteum с помощью секвенирования».
Команда IPK обнаружила, что хотя центромерная доля от общего генома у обоих видов схожа и составляет около 15%, она распределена по-разному.
«Это исследование расширяет наши знания о разнообразии центромер и демонстрирует ценность изучения немодельных видов для эволюционных сравнений», — говорит д-р Павел Нойманн, соавтор из Академии наук Чешской Республики в Ческе-Будеёвице. «Это позволяет обнаруживать новые особенности даже в таких хорошо изученных структурах, как центромера».