Структура хромосом растений с гигантским геномом удивила биологов

Сотрудники Научно-исследовательского института физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского и факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ имени М.В. Ломоносова обнаружили полости в осевой области хромосом растений со средним количеством ДНК на хромосому более чем в пять раз больше, чем у человека. Такой тип структуры хромосом наблюдается у ряда ключевых овощных и зерновых культур, например, у пшеницы. Исследование поможет понять, требуют ли подобные растения специальных подходов при селекции новых форм. Статья опубликована в журнале BMC Cell Biology.

Геном эукариот состоит из линейных молекул ДНК, которые компактизируются («упаковываются» в несколько уровней) в ходе митоза, формируя обособленные тельца — хромосомы. Размер хромосом зависит от размера генома и числа хромосом на клетку. Размер генома в работе описан в пикограммах (одна триллионная часть грамма, пг) ДНК. Также размер генома измеряют в парах нуклеотидов ДНК (п.н.), кроме того, применяются такие производные единицы, как килобаза (кб, тысяча пар оснований), мегабаза (Мб, миллион пар оснований) и гигабаза (Гб, миллиард пар оснований). Возможно преобразование из пикограммов в миллион пар оснований: 1 пг ДНК = 978 Мб.

«Мы изучили структуру хромосом растений с разным размером генома (и разным размером хромосом) и показали, что если среднее количество ДНК на хромосому превышает 0,8 пг (для сравнения: у человека — 0,15 пг), то хромосомы имеют очень необычную организацию: в осевой области таких хромосом выявляются полости. Эта полость никогда не была описана в хромосомах животных, у которых, напротив, наиболее плотный материал связан именно с аксиальной областью, то есть центром хромосом», — рассказал автор исследования Евгений Шеваль.

Ученые детально проанализировали процессы, происходящие в митозе у чернушки дамасской Nigella damascena, размер генома которой 1,76 пг ДНК. Оказалось, что хромосома на одном из уровней компактизации формируется как результат последовательного образования фибрилл, нитевидных структур, все большего диаметра. Таким образом, увеличение размера и диаметра хромосом Nigella damascena произошло за счет изменений в организации упаковки именно хроматиновых фибрилл.

«Изучение растений с большим геномом важно по следующим причинам. Во-первых, среди этих растений несколько ключевых овощных (репчатый лук) и зерновых (пшеница, ячмень, рожь) культур. Не говоря уже про огромное количество декоративных растений, включая чернушку дамасскую, которая была основным объектом нашего исследования. Во-вторых, по не вполне понятным причинам среди растений с гигантским геномом много редких и урожайных видов. Очень вероятно, что особенности организации хромосом требуют каких-то специальных подходов при селекции новых форм», — подытожил Евгений Шеваль.