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University of California - Berkeley (USA)
Corn mutierten Gens zeigt die Koordinierung der wichtigsten Schritte in der Meiose
Berkeley (USA) - Für alle ihre Bedeutung in der sexuellen Reproduktion, der Prozess der Schaffung der Eier und des Samens, Meiose genannt, ist noch weitgehend unbekannt. Wie die Chromosomen in Keimzellen Paar den Handel, ein paar Gene und Split, jedem Gametenbildung eine halbe normale Ergänzung von Genen ist so kompliziert, dass Forscher haben eine harte Zeit wie funktioniert der Mechanismen beteiligt.
Ein Team von Biologen an der University of California, Berkeley, hat jetzt einen Schlüssel-Gen in der erste Schritt in diesem Prozess.
Das Gen, isoliert aus Mais, läßt Chromosomen schwimmende etwa in der Zelle der Kern zu erkennen und das Headset mit ihren Homologen in Vorbereitung für die spätere Schritte, die dazu führen, dass die Zellteilung.
Wenn dieser entscheidenden ersten Schritt fehlschlägt, wird die gesamte Kette von Ereignissen zerlegt und Zellen nicht zu produzieren Eier bzw. Spermien.
Meiose in Mais hat viele Ähnlichkeiten mit dem Prozess in Hefe, Fruchtfliegen, Mäusen und Menschen, die diese Feststellung ein wichtiger Schritt im Verständnis der Meiose in vielen Organismen.
"Understanding Chromosom Kopplung in Pflanzen wird schließlich dazu führen, dass das Verständnis der gleiche Prozess bei Menschen, die Hilfe bei der Aufklärung der Ursachen der Unfruchtbarkeit und der genetischen Krankheiten, die sich aus Anomalien der Meiose, wie Down-Syndrom", sagte wichtigsten Autor Wojtek S. Pawlowski, ein Postdoctoral Fellow am UC Berkeley.
"Es ist klar, dass dieses Gen spielt eine entscheidende Rolle in dem Prozess, wenn wir immer noch nicht verstehen, was sie tut oder wie Kopplung geschieht."
Pawlowski und W. Zacheus Candé, ein Professor für Molekular-und Zellbiologie und der Pflanzenbiologie am UC Berkeley, mit den Kollegen von der University of North Dakota und Pioneer Hi-Bred International, Inc., eine Tochtergesellschaft von DuPont und der weltweit führende Entwickler und Anbieter fortgeschrittener Plant genetics, berichtet ihre Ergebnisse in der 2. Januar Ausgabe von Science.
Das Ziel der Meiose ist die Herstellung von Gameten - Spermien oder Eizellen - mit der Hälfte der normalen Anzahl von Chromosomen, so dass sie Sicherung, die für eine Gametenbildung des anderen Geschlechts zu einer befruchteten Zelle mit einem kompletten Satz von Chromosomen. In Mais ein vollständiger Satz von 10 Paaren von Chromosomen, ein Mitglied (oder homolog) von jedem Paar aus dem Vater und ein von der Mutter.
Menschen haben 23 Paare von Chromosomen, aber der Prozess ist sehr ähnlich, sagte Pawlowski.
Bei Tieren, spezialisierte Zellen genannt Keimzellen die einzigen sind, können unterzogen Meiose zu produzieren Eier bzw. Spermien, wenn auch in Mais, oder Mais, viele Zellen in der Lage sind, der Meiose.
Der Prozess der meisten Organismen, beginnt nach der Zelle die doppelte Chromosomen, als ob die Zelle waren bereit, teilen sich in zwei identische Tochter-Zellen, ein Prozess, der Mitose.
In der Meiose, jedoch, diese doppelte Chromosomen nicht geteilt abgesehen, sondern suchen und Paar mit ihren Homologen, so dass eine Struktur geschaffen, bestehend aus vier DNA-Doppel-Helices an Side-by-Side.
"Jede Zelle der meisten lebenden Organismen, einschließlich Menschen und Pflanzen, enthält zwei nahezu identische Sätze von Chromosomen, ein aus dem Vater und ein von der Mutter," erklärt Pawlowski.
"Während der Meiose, jedes Chromosom von einem Elternteil muss seinen gleichwertige oder homolog, dass kommt von dem anderen Elternteil und muss physisch Paar mit ihr. Der Zweck dieses Verhalten ist die Erleichterung Sortierung von Chromosomen in Gameten, so dass nur ein Chromosom von jedem Paar ist an ein Gametenbildung. "
Nach der Kopplung, Protein-Maschinen bewegen sich in zip ihnen zusammen. Schließlich, in einem Prozess namens Rekombination, Gene erhalten gemischt wie die gekoppelten Chromosomen brechen an einem zufälligen Ort und Stelle entlang ihrer Waffen und Schalter Stück. Rekombination ist der kritische Prozess, der mischt Gene von Vater und Mutter zu schaffen genetische Variation in Nachkommen.
"Der Prozess der Rekombination meiotic eine gezielte Erzeugung und Reparatur von Brüchen in der DNA durch das zelluläre Maschinen," sagte Pawlowski.
Nach der Kopplung, den Reißverschluss (die so genannte Synapse) und Rekombination, die Chromosomen-Paaren sind auseinandergezogen, dann die doppelte Chromosomen getrennt sind, und die Zelle teilt sich in vier Gameten, die jeweils mit nur der Hälfte der Standard-Reihe von Chromosomen.
Die UC Berkeley Forscher fanden heraus, ein Mais-Mutante verhindert, dass die doppelte Chromosomen von der Suche nach und der Kopplung mit ihren Homologen. In der Mutante, genannt phs1 (schlechte homologe SYNAPSIS 1), Chromosomen gepaart mit dem falschen Partner und wurden gezippt zusammen. Das Gen phs1 erscheint um zu verhindern, dass die Befestigung des Protein-Maschinen, die bewirkt, dass Rekombination, weil nach den Reißverschluss der Prozess im Grunde nicht mehr.
"Obwohl wir wissen noch nicht, wie die phs1 Gen führt alle seine Funktionen, es ist klar, dass es über die Fähigkeit, Sinn Homologie zwischen zwei DNA-Moleküle", sagte Pawlowski. "Diese Anerkennung DNA-Fähigkeit ist der Schlüssel für den Prozess der Chromosomen-Kopplung, die seit eluding Wissenschaftler für mehr als zwei Jahrzehnten."
In einer Vorausschau Stück in der gleichen Ausgabe von Science, Enrique Martinez-Perez von der Stanford University und Graham Moore des John Innes Center in den Vereinigten Königreich, stellte fest, dass "die Funktion der phs1 liegt der Kern der Koordinierung zwischen diesen beiden Veranstaltungen (Pairing und Synapse). Die phs1 Gen kann nun verwendet werden, um neue Komponenten dieses Mechanismus zur Abstimmung.''
Obwohl mehrere Dutzend Mutationen bekannt sind, um Schraube bis Meiose in Mais, alle entweder verhindern, dass Chromosomen-Kopplung insgesamt oder sonst dazu führen, dass Paare, die leicht zerbrechen.
Andere Gene sind dafür bekannt, einbezogen werden speziell in Rekombination, während wieder andere zu sein scheinen für die Synapse. Das Gen phs1, jedoch scheint die Koordinierung der drei Schritte.
"Die laufenden Forschungen über die molekulare Funktion des phs1 Gen wird dazu führen, dass das Verständnis der molekularen Mechanismen, durch die Chromosomen identifizieren jedes andere Paar und während der Meiose," sagte Pawlowski.
Er plant, seine Studie des Chromosoms Kopplung und wie homologen Chromosomen tatsächlich erkennen sich gegenseitig. Diese scheinbar erfordert etwa 600 bricht zusammen alle 10 Chromosomen, dass nach der homologen Chromosomen Anschluss, sind repariert.
Die Arbeit hat auch Auswirkungen auf die Mais-Züchtung.
"In Pflanzen, zusätzlich zu ihrer wissenschaftlichen Bedeutung, diese Forschung hat auch das Potenzial, zu einer Entwicklung von Methoden für den Austausch von Genen oder Gen-Targeting", sagte er. "Gene Targeting eingesetzt werden könnten für präzise ein Austausch von Gen-Pflanzen mit ihren geänderten Fassung und wird enorm nützlich in der landwirtschaftlichen Biotechnologie."
Koautoren des Papiers gehören Inna Golubovskaya, Mais ein Genetiker und Gastwissenschaftler in UC Berkeley's Department von pflanzlichen und mikrobiellen Biologie, der entdeckt, die phs1 Mutante in einem North Dakota Kornfeld; Robert Meeley von Pioneer Hi-Bred, die früher Reverse Genetik Technologien zur Ermittlung zusätzlicher phs1 Mutanten; Ljudmilla Timofejeva, ein Gastwissenschaftler am UC Berkeley, und William Sheridan von der Universität von North Dakota.
Die Arbeit wurde unterstützt durch die National Institutes of Health und der Torrey Mesa Research Institute Syngenta-Forschung und Technologie.