跨界:基因是如何洗牌的?

一项新发现解释了蛋白质如何在减数分裂期间帮助染色体洗牌基因——跨越，使一个种群的基因更加多样化。这可以提高我们对进化、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的蛋白质如何在染色体上的点周围聚集，从而触发同源重组——基因的洗刷——并增加遗传多样性。

基因多样性——种群内基因的变异——使种群更健康。在另一边，近亲繁殖消除了遗传多样性，这可能导致疾病积累和种群活力下降。

增加遗传多样性有四个基础:

1. 基因突变让新基因进化
2. 随机繁殖允许新基因进入种群以避免近亲繁殖
3. 随机受精允许选择不同种类的精子，每个精子都有不同的基因组
4. 同源重组或交叉，即沿着父母染色体的基因被“打乱”，在后代中创建一个独特的基因组。

最后一个基石非常重要，因为这意味着没有两个兄弟姐妹是完全一样的——他们每个人都有自己独特的特征和基因(除非他们是完全一样的)同卵双胞胎）.

这种杂交发生在减数分裂过程中，减数分裂是一个细胞分裂成两个，产生卵子或精子的细胞过程。

在减数分裂过程中，两条染色体交换了一些基因，因此产生的染色体与母体或兄弟姐妹的染色体并不完全相同，每条新合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父母有所不同是必不可少的。

但这只有在处理得当的情况下才有助于进化:过多的跨界会给染色体带来压力，而过少的跨界则无法创造出足够的多样性。

然而，尽管经过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使用数学建模和3D模拟来回答这个问题——一种名为HEI10的蛋白质一直在幕后工作。

“跨界定位对进化、生育和选择性繁殖具有重要意义，”摩根说。

“通过理解驱动交叉定位的机制，我们更有可能发现修改交叉定位的方法，以改进当前的植物和动物育种技术。”

通过使用超分辨率显微镜，研究小组发现HEI10蛋白沿着染色体聚集，形成了几个小的组。当一个群体变得太大时，就会触发跨界事件。

然后，该团队根据蛋白质组的位置或存在的组的数量模拟了会发生什么，并证实了他们在显微镜下看到的确实是最有效的跨越形式。

然而，这也意味着这个过程可以相对简单地进行修改——改变HEI10的位置或密度就可以选择哪些基因被打乱到生成的细胞中。

该实验是在模式植物拟南芥上进行的，它也可以解释像小麦或大麦这样重要的作物是如何洗牌它们的基因的。作者希望这项研究能在未来扩展到哺乳动物。

“这项工作是跨学科研究的一个很好的例子，需要前沿的实验和数学建模来解锁机制的核心，”合著者马丁·霍华德说，他也来自约翰·英尼斯中心。

“一个令人兴奋的未来途径将是评估我们的模型是否能成功解释其他不同生物的交叉模式。”