Исследование биологов из Института генетики растений имени Лейбница (Германия) позволило выделить белок SCEP3. Как оказалось, он играет важнейшую роль в процессе размножения растений, регулируя, как именно происходит обмен генами между хромосомами. По словам ученых, это понимание открывает новые горизонты в создании сельскохозяйственных культур с улучшенными характеристиками.
Основы генетического разнообразия
В основе полового размножения растений лежит процесс мейоза, в ходе которого образуются половые клетки с половинным набором хромосом. Это позволяет при оплодотворении восстанавливать полный набор, но с новым, уникальным сочетанием генов. На начальной стадии мейоза происходит рекомбинация — процесс, при котором парные хромосомы обмениваются участками ДНК. Этот обмен, называемый кроссинговером, обеспечивает генетическое разнообразие потомства, что критически важно для эволюции и адаптации растений.
Однако природа строго контролирует, где и как часто происходят эти обмены. Такой контроль, с одной стороны, гарантирует стабильность генома, но с другой — ограничивает возможности создания новых комбинаций генов. Именно поэтому понимание механизмов, регулирующих кроссинговеры, является ключом к более эффективной селекции растений.
Роль синаптонемального комплекса
Ключевым элементом мейоза является синаптонемальный комплекс — белковая структура, которая соединяет парные хромосомы, обеспечивая их правильное взаимодействие. До недавнего времени ученым были известны лишь три белка, участвующие в формировании этого комплекса у растения Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля). Однако исследование, опубликованное в журнале Nature Plants, добавило к этому списку новый компонент — белок SCEP3.
Ученые выяснили, что SCEP3 играет двойную роль. С одной стороны, он помогает “скреплять” хромосомы, обеспечивая их правильное выравнивание. С другой стороны, он регулирует частоту и распределение генетических обменов между хромосомами. Это открытие стало настоящим прорывом, так как ранее подобные функции не связывались с этим белком.
Эксперименты с SCEP3
Для изучения роли SCEP3 ученые использовали передовую технологию редактирования генома CRISPR/Cas9. Они “выключили” ген, отвечающий за синтез этого белка, и обнаружили удивительные результаты: у растений, лишенных SCEP3, частота кроссинговеров значительно увеличилась. Более того, исчезли различия между мужскими и женскими половыми клетками, у которых обмен генами обычно происходит с разной интенсивностью.
Эти результаты имеют огромное значение для селекции. Увеличение частоты кроссинговеров позволяет значительно расширить генетическое разнообразие, что важно для создания новых сортов растений. Например, можно целенаправленно усиливать такие признаки, как устойчивость к болезням, засухоустойчивость или улучшенные вкусовые качества плодов.
Возможности для сельского хозяйства
Белок SCEP3 оказался широко распространен среди растений, что делает его потенциальной мишенью для работы с сельскохозяйственными культурами. Понимание его функций открывает путь к более точной селекции. С помощью современных технологий можно будет создавать растения с заранее заданными характеристиками, ускоряя процесс выведения новых сортов. Например, фермеры смогут получать культуры, устойчивые к изменяющимся климатическим условиям, или растения, дающие более высокий урожай. Это особенно важно в условиях роста населения планеты и необходимости увеличения производства продовольствия.
