Как белок SCEP3 формирует генетическое разнообразие растений
Исследователи из Института генетики растений имени Лейбница сделали прорыв в понимании того, как растения достигают широчайшего генетического разнообразия. Ключевым элементом этого процесса оказался специфический белок — SCEP3. Во время размножения растений происходит сложнейшая работа с наследственным материалом: SCEP3 определяет, насколько активно хромосомы будут обмениваться делами ДНК. Такие генетические перемещения заложены в самой основе природного отбора, ведь именно от них зависит, как новые поколения растений будут отличаться друг от друга.
Классическое половое размножение у растений сопровождается уникальным процессом — мейозом. В ходе мейоза каждая клетка “делится пополам”, чтобы в будущем давать начало потомкам. На ранних этапах этой фазы начинается рекомбинация — взаимный обмен участками ДНК между хромосомами. Благодаря этому потомство приобретает новые, нередко полезные признаки, а популяция в целом становится устойчивее. Однако природа не позволяет этим обменам происходить хаотично — существуют строгие внутренние “ограничители”, регулирующие, где и когда запускается этот процесс.
SCEP3, Arabidopsis thaliana и строение синаптонемального комплекса
Центральным участником рекомбинации является специфичная белковая конструкция — синаптонемальный комплекс. Эта структура как бы «склеивает» парные хромосомы, позволяя им обмениваться генетическим материалом. У хорошо изученного растения Arabidopsis thaliana ранее были известны только три структуры такого рода. Однако современные исследования показали, что белок SCEP3 — настоящий четвертый “дирижер” процесса кроссинговера.
Оказалось, что SCEP3 не только выполняет роль крепежа для хромосом, но и динамически “настраивает” частоту обменов. Причем, если благодаря технике CRISPR искусственно устранить этот белок у Arabidopsis thaliana, активность кроссинговеров резко возрастает. Уникально, что исчезает и половая разница — мужские и женские клетки начинают проявлять одинаковую склонность к обмену участками ДНК. В результате потомки могут получить новые признаки, недоступные ранее, что существенно расширяет генетический “арсенал” культуры.
Значение открытия для практики и перспективы CRISPR-селекции
По мнению авторов исследования, открытие универсальной роли SCEP3 может кардинально изменить подход к селекции сельскохозяйственных культур. Белок обнаружен у многих видов растений помимо Arabidopsis thaliana, а это значит, его “регулирующую” функцию можно попробовать использовать для создания новых, улучшенных сортов пшеницы, кукурузы, овощных культур и фруктов.
Управление процессом кроссинговера и целенаправленный отбор нужных комбинаций генов — мечта каждого селекционера. При помощи технологий редактирования генома, таких как CRISPR, вполне реально добиться ускоренного появления устойчивых к заболеваниям, жаре или засухе сортов, а также вывода растений с особыми вкусовыми и питательными характеристиками. Данное направление в биотехнологиях знаменует собой эру точного, быстрых решений вместо многолетнего “случайного отбора” в селекционных программах.
Даже небольшие изменения в работе белка SCEP3 способны определить будущий успех целых отраслей растениеводства и повысить продовольственную безопасность. Энергичное внедрение новых знаний ускорит адаптацию агросектора к климатическим переменам и поможет экологически рационально обеспечивать растущие потребности человечества.
От генетических секретов — к будущему устойчивых растений
Открытие инновационных механизмов работы SCEP3 и применение CRISPR создает мощную платформу для построения крепких, стабильных и урожайных сортов — не только Arabidopsis thaliana, но и многих ключевых сельскохозяйственных культур. Благодаря прецизионной “настройке” генетических обменов открываются новые, передовые пути селекции. Такой подход помогает не только сохранить биологическое многообразие, но и заложить прочный фундамент для продовольственного изобилия и устойчивого развития.
Перспективы, открывающиеся благодаря усилиям Института генетики растений имени Лейбница и мирового сообщества ученых, внушают оптимизм: уже в обозримом будущем получение необходимых генетических сочетаний для улучшенных сельскохозяйственных культур станет проще, чище и безопаснее.
Источник: www.gazeta.ru
