La mutazione risolve un mistero secolare nella meiosi

8 Marzo 2024

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da Università di Scienza e Tecnologia di Pohang

Uno screening genetico ad alto rendimento della frequenza di crossover meiotici in Arabidopsis thaliana ha svelato un mistero secolare nelle scienze della vita.

Un team di ricerca, composto dal Professor Kyuha Choi, dal Dott. Jaeil Kim e dalla candidata al dottorato Heejin Kim del Dipartimento di Scienze della Vita dell'Università di Scienza e Tecnologia di Pohang (POSTECH), ha svelato il meccanismo molecolare responsabile dell'interferenza dei crossover durante la meiosi, un modello biologico a livello cromosomico.

I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati il 20 febbraio su Nature Plants.

Negli organismi a riproduzione sessuata, gli individui somigliano ai loro genitori o fratelli. Nonostante le notevoli somiglianze, è cruciale riconoscere che l'identità assoluta non è raggiungibile. Questa variazione è attribuita al processo di meiosi, che genera cellule riproduttive come spermatozoi ed ovuli negli animali o polline e ovuli nelle piante. A differenza della divisione cellulare somatica, che duplica e divide il genoma in modo identico, la meiosi crea cellule riproduttive geneticamente diverse attraverso un meccanismo noto come crossover.

La meiosi e i crossover svolgono ruoli cruciali nella biodiversità e hanno implicazioni significative nell'ambito della coltivazione dove avviene la selezione e coltivazione di caratteristiche superiori nelle colture.

Tipicamente, la maggior parte delle specie animali e vegetali presenta un minimo di uno e un massimo di tre crossover per una coppia di cromosomi omologhi. La capacità di controllare il numero di questi crossover potrebbe portare alla coltivazione di colture con caratteristiche desiderate specifiche. Tuttavia, raggiungere tale controllo è stato difficile a causa del 'fenomeno dell'interferenza dei crossover'.

Un'interferenza del crossover, dove un crossover inibisce la formazione di un altro crossover nelle vicinanze lungo lo stesso cromosoma, è stato identificato inizialmente dal genetista della mosca della frutta Hermann J. Muller nel 1916. Nonostante gli sforzi persistenti dei ricercatori negli ultimi cento anni dal suo scoperta, è solo di recente che i meccanismi alla base dell'interferenza del crossover hanno iniziato a svelare i loro segreti.

In questa ricerca, il team ha utilizzato un metodo di punteggio seme fluorescente ad alto rendimento per misurare direttamente la frequenza dei crossover nelle piante di Arabidopsis. Attraverso uno screening genetico, hanno identificato un mutante chiamato hcr3 (high crossover rate3) che mostrava un aumento della frequenza dei crossover a livello genomica.

Ulteriori analisi hanno rivelato che i crossover elevati in hcr3 erano attribuiti a una mutazione puntiforme nel gene J3, che codifica una co-chaperone correlata alla proteina HSP40. Questa ricerca ha dimostrato che un network coinvolgente il co-chaperone HCR3/J3/HSP40 e la chaperone HSP70 controlla l'interferenza e la localizzazione del crossover facilitando il degrado della proteina pro-crossover, HEI10 ubiquitin E3 ligasi.

L'applicazione di approcci di screening genetico per scoprire il crossover interferenza e il percorso di inibizione ha risolto con successo un enigma secolare nelle scienze della vita.

Il Professore di POSTECH Kyuha Choi ha dichiarato: "Applicare questa ricerca all'agricoltura ci consentirà di accumulare rapidamente caratteristiche benefiche, riducendo così il tempo di coltivazione. Speriamo che questa ricerca contribuirà alla coltivazione di nuove varietà e all'identificazione di variazioni naturali utili responsabili di caratteristiche desiderabili come resistenza alle malattie e agli stress ambientali, maggiore produttività e produzione di alto valore."

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