Учёные раскрыли механизм органоспецифичного устранения хромосом у растений

Обычно каждая соматическая клетка организма содержит одинаковое количество ДНК. Однако исследователи впервые пролили свет на процесс, приводящий к тканеспецифичным различиям в содержании ДНК у растений. С необычно высокой эффективностью в 100% этот механизм программируемой элиминации хромосом может стать ценным генетическим инструментом для селекции растений или медицинских применений.

Хотя часто считается, что соматические клетки организма содержат одинаковую ДНК и, следовательно, одинаковое число хромосом, удивительно, как часто это не так. У людей такие различия в числе хромосом, называемые генетическим мозаицизмом, часто возникают непреднамеренно и проявляются в виде заболеваний. Однако некоторые растения и животные систематически обеспечивают различие содержания ДНК между некоторыми своими органами. Хотя феномен программируемой элиминации ДНК известен с 1887 года, процесс, с помощью которого растения её осуществляют, оставался неясным. Исследователи из Института генетики растений и исследований культурных растений им. Лейбница (IPK) в Гатерслебене наконец смогли объяснить лежащие в основе механизмы.

В своём исследовании учёные сосредоточились на органоспецифичном устранении B-хромосом у пырея колосистого, Aegilops speltoides. B-хромосомы — это «эгоистичные» хромосомы, не приносящие очевидной пользы организму. Пырей, предок обычной пшеницы, может нести до восьми таких добавочных хромосом. Однако, хотя B-хромосомы можно обнаружить в листьях, стебле и цветке травы, её корни являются зоной, свободной от B-хромосом.

Благодаря детальному исследованию и сравнению линий Ae. speltoides с B-хромосомами и без них, исследователи получили новые данные о происхождении B-хромосом. Кроме того, их наблюдения подтвердили, что устранение эгоистичных хромосом является строго контролируемым корнеспецифичным процессом. Элиминация начинается с началом дифференцировки эмбриональной ткани и может уничтожить до 100% целевых B-хромосом. Как сообщил профессор Андреас Хоубен: «Устранение B-хромосом происходит из-за нерасхождения хромосом при митозе. Это означает, что клеточный транспорт B-хромосом нарушен, и, как следствие, B-хромосомы отделяются от стандартных хромосом. Затем, на завершающем этапе элиминации, ДНК B-хромосом деградирует».

Благодаря исключительной эффективности, процесс программируемой элиминации хромосом имеет потенциал в качестве высокополезного дополнения к генетическому инструментарию. При искусственной индукции он мог бы позволить устранять хромосомы или наборы хромосом для медицинских или селекционных целей. Между тем, растения продолжают извлекать пользу из своего процесса более приземлённым способом — исследование предполагает, что удаление добавочных хромосом избавляет клетки корней от потенциально вредных генов, расположенных на B-хромосомах.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.