MENÜ

A gabonafélék kromatinjában végbemenő szerkezetváltozásokat azonosítottak az ATK kutatói

Agro Napló 2021.09.27.

Az Eötvös Loránd Kutatási Hálózat (ELKH) Agrártudományi Kutatóközpont (ATK) Mezőgazdasági Intézetének (MGI) munkatársai sikeresen azonosítottak a gabonafélék ivarsejtjeit kialakító számfelező sejtosztódást, azaz a meiózis során a kromatinban végbemenő szerkezetváltozásokat – tette közzé honlapján az ELKH.

 

Az intézetben működő Genetikai Variabilitás Kutatócsoport célja olyan módszerek kidolgozása, amelyek utat nyitnak a korábban nem elérhető, az új környezeti kihívásoknak is megfelelő genetikai kombinációk előállítására a gabonafélék nemesítése során – emeli ki az ismeretés. Hozzáfűzve: Lenykó-Thegze Andrea doktorandusz (PhD)-hallgató, az ATK tudományos segédmunkatársa Sepsi Adél és Cseh András ‒ a kutatóközpont tudományos főmunkatársai ‒ témavezetésével a rangos The Plant Journal folyóiratban publikálta legújabb tudományos eredményeit, amelyek az apai és anyai kromoszómák gabonafélékben is lejátszódó rekombinációjának részleteit tárják fel, és várhatóan közvetlen hatással lesznek a nemesítés sikerességére.

A nemesítési programok hatékonysága a kölcsönös genetikai információcsere gyakoriságán és kromoszómán belüli pozícióján alapul. A szülői allélok rekombinációja határozza meg a nemesítés első lépésének a sikerességét, így döntő szerepe van a termésbiztonság javításában a jelenleg zajló éghajlati változás körülményei között. A nagyméretű genommal rendelkező gabonaféléinkben, mint például a búzában (Triticum aestivum) és az árpában (Hordeum vulgare) a rekombinációt eredményező kromoszomális átkereszteződések (crossoverek, CO) kizárólag a kromoszómavégekhez közeli szűk régiókban alakulnak ki. A crossoverek kialakulásának e szigorú térbeli szabályozottsága megakadályozza új allélkombinációk kialakulását a kromoszómakarok központi részén és a centromérához közel eső genomi régiókban (1. kép).

 

elkh-20210923-kiserlet

1. kép: Immuno-fluoreszcens in situ hibridizáció (FISH) a búza- és az árpacentromérák, illetve centroméracsoportok kimutatására. A vörös immunjelek a búza aktív centroméráit mutatják, míg fehér nyilak jelölik a FISH-sel kimutatott árpacentromérákat. Az árpacentromérák különálló pozíciója demonstrálja, hogy a centromérikus régiók e fázisban nem alkotnak párokat egymással

 

Ezen crossovermentes régiók a genom jelentős hányadát képviselik, és megabázispáronként (Mbp) átlagosan 3‒7 gént tartalmaznak (Lou et al., 2017). Annak érdekében, hogy a homológ rekombináció frekvenciáját és elhelyezkedését befolyásolni lehessen, kulcsfontosságú azon faktorok megértése, amelyek a crossoverek kialakulását szabályozzák.

A kutatás két legfontosabb új eredménye a búza genetikai háttérben stabilan öröklődő egyetlen árpakromoszóma-kar dinamikájának feltérképezése során született. ImmunoFISH technika alkalmazásával bebizonyosodott, hogy a centromérák a meiózis kezdeti szakaszaiban véletlenszerűen alkotnak csoportokat, nem történik meg a homológ, illetve homeológ párok egy csoportba rendeződése (1. kép).

A meiotikus rekombináció és a szinapszis folyamatainak párhuzamos nyomon követésével kimutatták, hogy a szubtelomerikus kromatin a rekombináció beindulásakor, a DNS kettős szálú töréseinek kialakulásával egy időben jelentősen meghosszabbodik, és nyitott szerkezetet vesz fel. Ezzel szemben a kromoszómakar és a centromérához közel eső régiók megőrzik zárt kromatinszerveződésüket, és csak később csomagolódnak ki, egyidejűleg a szinaptonémás komplex kezdeti felépülésével és a kettős szálú törések hibajavító folyamatainak beindulásával (2. kép). A zárt pericentromerikus kromatinszerkezet ezeken a kromoszómarégiókon belül hozzájárulhat a crossoverek gátláshoz, így ennek feloldásához és a rekombináció új genomi régiók felé történő kiterjesztéséhez szükség van az e folyamatokat irányító gének azonosítására – olvasható az ELKH által közreadott összegzésben.

 

elkh-20210923-kiserlet-2

2. kép: Árpa kromatinszerkezetének változása a meiózis korai szakaszában. Az árpakromoszóma-kar genomi in situ hibridizáció segítségével látható, míg a meiózis fázisainak a meghatározása immun-hisztokémiai módszerekkel történt. A fonalasabb dekondenzált kromoszómarégiók, melyek a telomérákhoz közel helyezkednek el, hozzáférhetők a rekombináció kialakulásának kezdeti szakaszában