Ученые из Института селекции растений Макса Планка, Сенкенбергского музея естественной истории и Института биофизики Чешской академии наук выявила ключевой механизм, лежащий в основе уникального способа размножения шиповника. Оказалось, решающую роль в передаче наследственной информации у этих растений играют размеры центромер — участков хромосом, к которым во время деления клетки прикрепляются нити веретена деления. Работа опубликована в журнале Nature.
Шиповник обыкновенный (Rosa canina) — самый распространенный вид диких роз. Помимо декоративных качеств и широко используемых плодов это растение известно и своим необычным генетическим устройством: оно обладает пятью наборами хромосом, в то время как большинство растений и животных имеют только два. Нечетное число хромосомных наборов обычно приводит к бесплодию, так как в процессе мейоза такие хромосомы сложно равномерно распределить между половыми клетками.
Однако шиповник сумел преодолеть это ограничение благодаря редкой форме размножения, известной как мейоз канина. В этом процессе только два набора хромосом участвуют в обычном половом размножении, передаваясь как через яйцеклетки, так и через пыльцу. Оставшиеся три набора — так называемые униваленты — передаются исключительно через яйцеклетку, фактически клонируясь без изменений. Таким образом, шиповник совмещает половое и бесполое размножение в одном организме.
До недавнего времени механизмы такого разделения хромосом оставались неясными. В ходе нового исследования ученые провели высокоточное секвенирование генома трех видов пятихромосомных шиповников и обнаружили, что именно крупные центромеры на унивалентных хромосомах обеспечивают их преимущественное сохранение при делении клетки. Эти центромеры содержат множественные повторы специфической для розы ДНК и интенсивно связываются с белком CENH3 — ключевым элементом в прикреплении нитей веретена деления.
По словам авторов, различия в размере и активности центромер позволяют растению буквально “выбирать”, какие хромосомы будут переданы потомству. Такое сочетание сексуального и клонального размножения в одном геноме представляет собой уникальное явление в биологии растений.
Кроме фундаментального значения, результаты исследования могут иметь и прикладную ценность. Многие сельскохозяйственные культуры также имеют более двух наборов хромосом, что делает их уязвимыми к ошибкам при размножении. Понимание механизмов, выявленных у шиповника, может помочь стабилизировать плодовитость таких растений и использовать их генетические особенности для выведения более устойчивых сортов.
Ранее ученые впервые создали живой строительный материал.