У природы всё строго посчитано. И контроль над тем, сколько хромосом закладывается на начальной стадии развития нового организма, пожалуй, является одним из приоритетов.
Для лучшего понимания важности вопроса достаточно вспомнить о синдроме Дауна у человека, когда число хромосом увеличено всего лишь на одну штуку, а тяжёлые последствия уже неизбежны.
А для того чтобы производить здоровое потомство и сохранять жизнеспособность в рамках своего вида, всем живым организмам от мала до велика нужно иметь надёжную защиту от просчёта, которая если не абсолютно полностью, то хотя бы с очень большой вероятностью исключит ошибку.
В рамках описанной проблемы в центре внимания нового исследования оказались растения. Дело в том, что у них существует механизм, делающий нежизнеспособным потомство с «неправильным» числом хромосом. Он носит название «триплоидный блок». Срабатывает защитная система обычно при спонтанной гибридизации, когда скрещивание происходит между генетически различными формами как внутри одного вида, так и между разными. Но долгое время учёные не могли досконально разобраться, как же растения понимают, что произошла роковая ошибка, другими словами, каким образом они пересчитывают свои хромосомы.
Команда американских и шведских учёных во главе с Робом Мартинссеном (Rob Martienssen) из Медицинского института Говарда Хьюза и Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор предположила, что в деле замешаны транспозоны — некодирующие участки ДНК, которые называют также «прыгающими генами» из-за их способности менять своё расположение. Известно, что для сохранения транспозонов, которые потенциально могут быть мутагенными, клетка генерирует особые молекулы микроРНК.
Так в пыльце цветковых растений и только в ней содержатся микроРНК 845 (miR845). В ходе серии экспериментов с резуховидкой Таля (Arabidopsis thaliana), традиционным модельным организмом, авторы исследования обнаружили, что miR845 нацелены на поиск транспозонов и на производство вторичных РНК на их основе, которые называются эпигенетически реактивированные малые интерферирующие РНК (easiRNA).
То есть, чем больше хромосом имеет пыльцевое зерно, тем больше там транспозонов и, следовательно, молекул easiRNA. Их подсчёт и осуществляется непосредственно в процессе оплодотворения, когда мужские гаметы объединяются с женскими. Если количество easiRNA несбалансированно, то есть отличается от заложенного в генетической программе, то срабатывает система триплоидного блока и развитие семян прекращается.
Описанное в издании Nature Genetics открытие имеет большое значение для фундаментальной науки, поскольку существенно улучшает понимание процесса регулирования количества хромосом у растений. Но, помимо этого, оно даёт надежду на упрощение жизни селекционеров, для которых триплоидный блок – это извечная проблема, а новые данные, возможно, лягут в основу новых методов его обхода.
Кстати, на помощь всё тем же селекционерам приходит практика редактирования генов, с помощью которой учёные успешно раскрывают скрытый потенциал растений, меняют окраску цветков, избавляют культуры от широкого спектра заболеваний.
Автор: Дарья Загорская