به گزارش بنیان به نقل از Science Daily، هنگامی که سلول های جنسی توسط تقسیم سلولی خاصی به نام میوز تولید می شوند، کروموزوم ها بخش های بزرگی از DNA را مبادله می کنند. این تبادل ژنتیکی تضمین می کند که هر سلول جدید ترکیب ژنتیکی منحصر به فردی داشته باشد و توضیح می دهد که چرا به جز دوقلوهای همسان، هیچ دو خواهر یا برادری هرگز از نظر ژنتیکی کاملا شبیه بهم نیستند. این تبادلات DNA یا کراس اوور (crossover) برای ایجاد تنوع ژنتیکی که نیروی محرکه تکامل است ضروری هستند و تعداد و موقعیت آن ها در طول کروموزوم ها به شدت کنترل می شود.

با وجود بیش از یک قرن پژوهش، مکانیسم سلولی که تعیین می کند کراس اوورها کجا و به چه تعدادی رخ دهند، عمدتا اسرار آمیز باقی مانده است. عبارت "تداخل کراس اوور" (crossover interference)، در سال 1915 ابداع شد و شرایطی را توصیف می کند که وقتی یک کراس اوور در یک مکان روی کروموزوم رخ می دهد، از تشکیل کراس اوورهای مجاور جلوگیری می کند.

دانشمندان مرکزJohn Innes  با استفاده از یک ترکیب پیشرفته از مدل سازی ریاضی و میکروسکوپ با وضوح فوق العاده بالا 3D-SIM، این معما را حل کردند. آن ها مکانیسمی را شناسایی کردند که تضمین می کند تعداد و موقعیت های کراس اوورها " دقیقا درست" هستند: نه خیلی زیاد، نه خیلی کم و نه خیلی نزدیک به هم.

این تیم تحقیقاتی، رفتار پروتئینی به نام HEI10 را در گیاه آرابیدوپسیس مطالعه کردند که نقش مهمی در تشکیل کراس اوورها در میوز دارد. میکروسکوپ 3D-SIM نشان داد که پروتئین های HEI10 در امتداد کروموزوم ها جمع شده و در ابتدا تعداد زیادی گروه های کوچک تشکیل می دهند. اما با گذشت زمان، پروتئین های  HEI10 در تعداد کمی از کلاسترهای بسیار بزرگتر متمرکز می شوند که وقتی به جرم بحرانی برسند، می توانند تشکیل کراس اوور را القا کنند. سپس این اندازه گیری ها با یک مدل ریاضی که تشکیل این کلاسترها را بر اساس انتشار مولکول های HEI10 و قوانین ساده برای خوشه بندی آن ها، شبیه سازی می کند مقایسه کردند. مدل ریاضی قادر به توضیح و پیش بینی بسیاری از مشاهدات تجربی بود، از جمله اینکه تعداد کراس اوور ها را می توان به سادگی با تغییر مقدار HEI10 به طور قابل اعتمادی تغییر داد. نتایج این پژوهش که یک تحقیق بین رشته ای با استفاده از آزمایشات تجربی پیشرفته و مدل سازی ریاضی است، در مجله Nature Communication در 3 اوت 2021 منتشر شده است.

به گفته این محققان، با درک مکانیسم هایی که در تعیین موقعیت مکانی کراس اوورها نقش دارند، احتمالا بتوانیم روش هایی را برای تغییر و اصلاح موقعیت کراس اوورها به منظور بهبود فن آوری های فعلی پرورش گیاهان و حیوانات کشف کنیم.

پایان مطلب/

لینک منبع:

https://www.nature.com/articles/s41467-021-24827-w