Cómo las células sexuales obtienen la combinación genética adecuada: un enfoque interdisciplinario resuelve un enigma de siglos de pasado

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Un nuevo descubrimiento explica qué determina el número y la ubicación de los intercambios genéticos que tienen lugar en las células sexuales, como el polen y los huevos en las plantas, o los espermatozoides y los huevos en los seres humanos.

Cuando las células sexuales son producidas por una división celular especial llamada meiosis, los cromosomas intercambian grandes segmentos de ADN. Esto asegura que cada nueva célula tenga una estructura genética única y explica por qué, con la excepción de los gemelos idénticos, ningún hermano es completamente similar genéticamente. Estos intercambios de ADN, o cruces, son esenciales para generar diversidad genética, la fuerza impulsora de la evolución, y su frecuencia y ubicación a lo largo de los cromosomas están estrictamente controladas.

El co-primer autor del estudio, el Dr. Chris Morgan explica la importancia de este fenómeno: «El posicionamiento cruzado tiene implicaciones importantes para la evolución, la fertilidad y la reproducción selectiva. Al comprender los mecanismos que impulsan el posicionamiento cruzado, es más probable que podamos descubrir métodos para cambiar el posicionamiento de el cruce para mejorar las tecnologías actuales de cría de plantas y animales «.

A pesar de más de un siglo de investigación, el mecanismo celular que determina dónde y cuántos cruces se forman ha permanecido en gran parte misterioso, un enigma que ha fascinado y frustrado a muchos científicos eminentes. La frase «interferencia cruzada» se acuñó en 1915 y describe la observación de que cuando ocurre un cruce en un lugar de un cromosoma, inhibe la formación de cruces cercanos.

Utilizando una combinación de vanguardia de modelado matemático y microscopía «3D-SIM» de superresolución, un equipo de investigadores del Centro John Innes ha resuelto este antiguo misterio identificando un mecanismo que garantiza que los números y las posiciones cruzadas sean » correcto «: no demasiados, no muy pocos y no muy cerca unos de otros.

El equipo estudió el comportamiento de una proteína llamada HEI10 que juega un papel vital en la formación de cruces en la meiosis. La microscopía de superresolución reveló que las proteínas HEI10 se agrupan a lo largo de los cromosomas, formando inicialmente muchos grupos pequeños. Sin embargo, con el tiempo, las proteínas HEI10 se concentran solo en una pequeña cantidad de grupos mucho más grandes que, una vez que se alcanza una masa crítica, pueden desencadenar la formación de cruces.

Estas medidas se compararon luego con un modelo matemático que simula este agrupamiento, basado en la difusión de moléculas HEI10 y en reglas simples para su agrupamiento. El modelo matemático pudo explicar y predecir muchas observaciones experimentales, incluida la capacidad de cambiar de manera confiable la frecuencia de cruce simplemente alterando la cantidad de HEI10.

El co-primer autor, Dr. John Fozard explica: «Nuestro estudio muestra que los datos de imágenes de superresolución de las células reproductoras de Arabidopsis son consistentes con un modelo matemático de ‘bruificación mediada por difusión’ para el patrón cruzado en Arabidopsis. Patrón cruzado a lo largo de los cromosomas meióticos».

El trabajo se basa en el legado del Centro John Innes de utilizar plantas como organismos modelo para estudiar los aspectos conservados y fundamentales de la genética. Este mismo proceso también fue estudiado por los ex alumnos de JIC JBS Haldane y Cyril Darlington en la década de 1930. El modelo también es compatible con las predicciones hechas por otro famoso ex alumno de JIC, Robin Holliday, en la década de 1970.

El autor correspondiente, el profesor Martin Howard, agrega: ‘Este trabajo es un excelente ejemplo de investigación interdisciplinaria, donde se necesitaban tanto experimentos de vanguardia como modelos matemáticos para desbloquear el corazón del mecanismo. organismos «.

Esta investigación será particularmente valiosa para cultivos de cereales, como el trigo, donde los cruces se limitan principalmente a regiones cromosómicas específicas, lo que evita que el potencial genético completo de estas plantas esté disponible para los fitomejoradores.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Centro John Innes. Nota: El contenido se puede cambiar por estilo y longitud.

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