性細(xì)胞如何獲得正確的基因組合

一項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)解釋了是什么決定了性細(xì)胞中發(fā)生的基因交換的數(shù)量和位置，例如植物中的花粉和卵子，或人類(lèi)的精子和卵子。

當(dāng)性細(xì)胞由稱(chēng)為減數(shù)分裂的特殊細(xì)胞分裂產(chǎn)生時(shí)，染色體會(huì)交換大段 DNA。這確保了每個(gè)新細(xì)胞都具有獨(dú)特的基因構(gòu)成，并解釋了為什么除了同卵雙胞胎之外，沒(méi)有兩個(gè)兄弟姐妹在基因上完全相同。

這些 DNA 交換或交叉對(duì)于產(chǎn)生遺傳多樣性、進(jìn)化的驅(qū)動(dòng)力至關(guān)重要，它們的頻率和沿染色體的位置受到嚴(yán)格控制。

該研究的共同第一作者 Chris Morgan 博士解釋了這一現(xiàn)象的重要性：“交叉定位對(duì)進(jìn)化、繁殖和選擇性育種具有重要意義。通過(guò)了解驅(qū)動(dòng)交叉定位的機(jī)制，我們更有可能發(fā)現(xiàn)修改交叉定位的方法，以改進(jìn)當(dāng)前的動(dòng)植物育種技術(shù)。”

盡管進(jìn)行了一個(gè)多世紀(jì)的研究，但決定交叉形成的位置和數(shù)量的細(xì)胞機(jī)制仍然很神秘，這是一個(gè)讓許多著名科學(xué)家著迷和沮喪的難題。“交叉干擾”一詞是在 1915 年創(chuàng)造的，它描述了這樣一種觀察結(jié)果：當(dāng)染色體上的一個(gè)位置發(fā)生交叉時(shí)，它會(huì)抑制附近交叉的形成。

使用數(shù)學(xué)建模和“3D-SIM”超分辨率顯微鏡的前沿組合，約翰英尼斯中心的研究人員團(tuán)隊(duì)通過(guò)確定一種機(jī)制來(lái)確保交叉數(shù)量和位置“恰到好處”，從而解決了這個(gè)世紀(jì)之謎：不要太多，不要太少，也不要太靠近。

該團(tuán)隊(duì)研究了一種名為 HEI10 的蛋白質(zhì)的行為，該蛋白質(zhì)在減數(shù)分裂的交叉形成中起著不可或缺的作用。超分辨率顯微鏡顯示 HEI10 蛋白沿染色體聚集，最初形成許多小群體。

然而，隨著時(shí)間的推移，HEI10 蛋白只集中在少數(shù)更大的簇中，一旦它們達(dá)到臨界質(zhì)量，就會(huì)觸發(fā)交叉形成。

然后將這些測(cè)量結(jié)果與模擬這種聚類(lèi)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行比較，該模型基于 HEI10 分子的擴(kuò)散及其聚類(lèi)的簡(jiǎn)單規(guī)則。該數(shù)學(xué)模型能夠解釋和預(yù)測(cè)許多實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果，包括可以通過(guò)簡(jiǎn)單地改變 HEI10 的量來(lái)可靠地修改交叉頻率。

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