交叉:基因是如何洗牌的?

一项新的发现解释了在减数分裂期间，蛋白质是如何帮助染色体重组基因的，从而使一个种群的基因更加多样化。这可能会提高我们对进化、生育和选择性育种的理解。

的研究发表在自然通讯,展示了一种名为HEI10的蛋白质如何聚集在染色体上的点周围，触发同源重组——基因重组——并增加遗传多样性。

遗传多样性——种群内基因的变异——使种群更健康。另一方面，近亲繁殖消除了遗传多样性，因为遗传多样性会导致疾病的累积和人口的减少。

增加遗传多样性有四个基石:

1. 基因的突变让新的基因进化
2. 随机繁殖允许新的基因进入种群以避免近亲繁殖
3. 随机受精可以选择多种精子，每种精子都有不同的基因组
4. 同源重组或交叉，即沿着父染色体的基因被“打乱”，从而在后代中创建一个独特的基因组。

最后一个基石非常重要，因为它意味着没有两个兄弟姐妹是完全相同的——他们每个人都有自己独特的特征和基因(除非他们是)同卵双胞胎)．

这种交叉发生在减数分裂期间，减数分裂是一个细胞一分为二，产生卵子或精子的细胞过程。

在减数分裂期间，两条染色体交换了一些基因，因此生成的染色体与父母或兄弟姐妹的染色体并不完全相同，每一条新生成的染色体被放入不同的细胞中。为了推动进化，这些交换，或交叉，对于使后代与他们的父母有一点不同是必不可少的。

但这只有在做得恰到好处的情况下才有助于进化:太多的交叉会给染色体带来压力，而太少则不会产生足够的多样性。

然而，尽管进行了一个多世纪的研究，我们之前并不知道这是如何控制的。

现在，由英国约翰英尼斯中心的克里斯·摩根领导的一个研究小组用数学建模和3D模拟来回答这个问题——一种叫做HEI10的蛋白质一直在幕后工作。

“交叉定位对进化、繁殖能力和选择性育种具有重要意义，”摩根说。

“通过了解驱动交叉定位的机制，我们更有可能找到改进交叉定位的方法，以改进当前的动植物育种技术。”

利用超分辨率显微镜，研究小组发现HEI10蛋白质沿着染色体聚集，形成了几个小组。当一个群体变得太大时，就会触发交叉事件。

然后，研究小组模拟了蛋白质组的位置或存在的数量会发生什么，并证实了他们在显微镜下看到的确实是最有效的交叉形式。

然而，这也意味着这一过程可以相对简单地进行修改——改变he10的位置或密度可以选择哪些基因被重组到最终的细胞中。

这项实验是在模型植物拟南芥上进行的，也可以解释像小麦或大麦这样重要的作物是如何改变基因的。作者希望这项研究在未来可以扩展到哺乳动物。

“这项工作是跨学科研究的一个很好的例子，在那里，前沿实验和数学建模都需要解开机制的核心，”同样来自约翰英尼斯中心的合著者马丁霍华德说。

“未来一个令人兴奋的途径是评估我们的模型是否能成功解释其他不同生物体的交叉模式。”