Впервые, исследователи в Институте Stowers нанесли на карту, где перекомбинация происходит через целый геном Дрозофилы дрозофилы melanogaster после единственного раунда мейоза. Их результаты указывают, что отдельные механизмы помещают два главных вида событий перекомбинации, переходов и непереходов.
Результаты, о которых сообщают онлайн перед печатью в журнале Genetics, дают важное понимание понимания хромосом и механизмов наследования.«Удивительно мне, что спустя больше чем 100 лет после открытия генетической рекомбинации у мух, мы только начинаем понимать, как эти события распределены», говорит Р. Скотт Хоули, доктор философии, следователь в Институте Stowers и ведущий автор исследования.Эта генетическая рекомбинация происходит во время специализированной формы клеточного деления, названного мейозом.
Во время мейоза клетка копирует все свои хромосомы, разделяет на пары их и перетасовывает разделы генетического материала между руками соединенных или соответственных хромосом. Эта перетасовка может произойти один из двух путей. На пересекающихся событиях большие трактаты ДНК обменены, как два человека, обменивающие игру в карты. На непересекающихся событиях мелкие кусочки ДНК скопированы с одной руки и приклеены на другого, как корона от Короля Сердец в руке одного игрока, внезапно появляющейся на Короле другого игрока Лопат.
Как только палуба достаточно перетасована, клетка делится, и затем делится снова, чтобы создать четыре клетки, каждый несущий только одну копию генома организма. Перекомбинация гарантирует, что каждая гамета заканчивается с уникальной копией каждой хромосомы, но когда процесс спутывается, это может привести к хромосомным отклонениям. Например, неправильно помещенные переходы или полное отсутствие переходов на хромосоме 21 являются главной причиной трисомии 21 или синдром Дауна в людях.
За одним исключением все предыдущие генетические исследования перекомбинации у Дрозофилы сосредоточились или на единственной руке хромосомы или на группах мух, объединенных вместе. В этом исследовании исследователи Stowers хотели определить, как и переходы и непереходы распределены через все пять главных хромосомных рук дрозофил.
Переходы относительно легко определить, потому что они включают все хромосомные руки или части рук, охватывающих тысячи пар оснований, А, К, Т и Г, которые составляют ДНК. Но непереходы более жестки, чтобы определить, потому что они только включают несколько сотен из тех писем.Поэтому Дэнни Миллер, студент MD-PhD в Медицинском центре Канзасского Университета, который проводит его диссертацию в лаборатории Хоули, должен был полагаться на целый геном упорядочивающие и новые компьютерные алгоритмы, чтобы точно определить местоположения обоих видов событий. Миллер, ведущий автор исследования, говорит, что проект дал ему возможность копаться в генетических принципах, которые лежат в основе здоровья человека и болезни. «Я хотел бы продолжать проводить исследование как врач-ученый, когда я получаю высшее образование», говорит Миллер, который планирует преследовать специальность при педиатрической онкологии или педиатрической медицинской генетике. «Я хочу иметь хорошее основополагающее понимание генетики.
Некоторые люди могут замять эти основные вопросы, вместо того, чтобы смотреть на данные и пытаться ответить на них».В одном только этом исследовании Миллер произвел огромное количество данных.
Во-первых, он соединял два генетически отличных варианта дрозофил, которые, как известно, отличались примерно в 500 000 различных мест по их генетическому коду. Миллер тогда упорядочил все геномы получающихся 196 потомств и написал таможенную компьютерную программу, которая могла просмотреть 160 миллионов оснований каждого генома дрозофилы для доказательств перекомбинации.
Подход определил в общей сложности 541 переход и 291 непереход. В отличие от переходов, которые обычно распределяются по периферической двум третям рук хромосомы, непереходы были распространены однородно среди пяти главных рук хромосомы. Непереходы сформировались в местах, где переходы редко делают, такой как около затруднительной центромеры, которая связывает руки хромосом.
И они появились близко друг к другу, в отличие от переходов, которые отвечают на явление, известное как вмешательство, когда они пытаются сформироваться около других переходов.Исследователи обнаружили, что количество переходов значительно различалось не только согласно их положению вдоль руки хромосомы, но также и от хромосомы до хромосомы. Например, они определили пять двойных переходов на одной руке хромосомы 2 – меньше, чем ожидалось.
«Открытие придает правдоподобность определенному виду знаний, которые циркулировали в области – идея, что каждая из хромосомных рук вела себя немного по-другому – но никто действительно не знал наверняка, потому что никто не посмотрел на каждую из рук в том же самом эксперименте», говорит Хоули. «Что мы нашли, был то, что у каждой хромосомы есть свои собственные правила для проверки, что это получает свои переходы точно, где это хочет их».В дополнение к переходам и непереходам, исследователи также заметили доказательства дублирований и удалений, вызванных присутствием транспозонов, специальным классом генетических элементов, которые могут спрыгнуть с одной области в геноме другому. Эти взаимозаменяемые элементы – серьезная проблема для мейотического оборудования, потому что они могут исказить соединение соответственных хромосом, вызвав дублирования или удаления генетического материала, которые затрагивают жизнеспособность организма.
Исследование определило взаимозаменяемые элементы в 1-2 процентах генома, в соответствии с предыдущими отчетами.