Нанас, студенты повторяют генетические аномалии — Новости

Генетическое наследование может показаться достаточно простым. Учащиеся средних школ по всей стране изучают типичные предсказания квадратов Пеннета, и большую часть времени наука кажется скучной. Хромосомы, передающиеся через сперму или яйцеклетку, имеют вероятность наследования 50-50. верно?

Этим летом студенты под руководством доцента кафедры биологии Натали Нанас обнаружили биологическую диковинку, возникшую десятилетия назад. В 1940-х годах ученые-диетологи заметили, что определенная хромосома постоянно дает фиолетовые зерна кукурузы, несмотря на все усилия по ее воспроизведению. «Они пытались получить полностью желтую кукурузу и говорили: даже не половина кукурузы фиолетовая, а 80% ее фиолетовая», — объяснил 25-летний Уилл Бернс.

Это наблюдение привело к открытию мейотического драйва, при котором одна копия генетической информации передается по хромосоме «с более высокой скоростью, чем ожидалось», — сказал Нанас. «Так что это искажение и мошенничество с наследственностью, что странно, потому что основной закон генетики заключается в том, что можно передать любую из хромосом с вероятностью 50 на 50».

Хотя такие случаи были выявлены у ряда видов, Нанас отметил, что «эгоистичная» хромосома кукурузы представляет особый интерес. Она называется аномальной хромосомой 10 (сокращенно Ab10), и она демонстрирует уникальную форму мейотического влечения, которую исследователи пытаются понять.

Удивительная сила мейотического драйва Ab10, по-видимому, связана с механизмом сегрегации. Во время мейоза генетический материал делится на четыре «дочерние» клетки, каждая из которых содержит половину хромосом исходной «материнской» клетки. Сегрегация хромосом происходит дважды во время мейоза, когда две половинки хромосомы (хроматиды) разделяются и движутся к противоположным полюсам ядра клетки. С хромосомами Ab10 это происходит неравномерно и преимущественно, а это означает, что они могут улучшать свою генетическую информацию с необычно высокой скоростью.

«[Ab10] «У нее есть генетическое преимущество, потому что она разделяется быстрее, чем другие хромосомы», — сказала 25-летняя Брианна Падилья.

Понимание функции мейотического привода Ab10 было лишь первой частью исследований этого лета. «У нас есть генетически модифицированные дрожжи, которые имеют ту же систему, и надеемся, что они проявят те же признаки странной генетики», — сказал Бернс. Для этого «команда идентифицировала все гены, которые, по нашему мнению, контролируют это, и перенесла их в дрожжи», — объяснил Нанас.

Падилья подробно описал процесс, сказав: «Нам нужно было проверить, был ли это Киндр или Тркин. [two kinds of motor proteins] Основная причина преждевременного разделения заключалась в аномальных хромосомах.

Чтобы модифицировать дрожжи, команда использовала метод, называемый трансгенезом, — процесс, с помощью которого экзогенная ДНК включается в клетку. «По сути, при правильных условиях дрожжи можно убедить взять чужеродную ДНК и включить ее в случайную часть своего собственного генетического кода», — объяснил Бернс. Хотя трансгенезу не хватает точной точности технологии редактирования генов, такой как CRISPR-Cas9 (которую некоторые студенты используют в курсовых работах и ​​которую Нанасе использует в своих собственных исследованиях), она смогла связать определенные гены в дрожжах. «По сути, это стратегия дробовика. Нам просто нужен новый ген, чтобы выжить; нас не волнует, где именно», — отметил Бернс. — «Естественная способность дрожжей неуклюже поглощать ДНК достаточно хороша».

Нанас подчеркнул ценный сельскохозяйственный потенциал этого метода, особенно в условиях растущей изменчивости климата. «Что мы можем сделать с этой системой, так это изменить наследование нужного нам гена, чтобы быстро адаптироваться к меняющимся сельскохозяйственным условиям».

Студентам было поручено создать и контролировать несколько культур дрожжей, пока они проверяли, как лучше всего включить эту экзогенную ДНК в свои образцы. Чтобы подкормить дрожжи, они смешивают и распределяют питательные среды, материалы, которые обеспечивают питательные вещества и минералы, необходимые для роста. После стерилизации среды в автоклаве и внесения в нее дрожжей студенты наблюдали за культурами, чтобы определить, передаются ли по наследству ключевые хромосомы.

К концу лета студенты в лаборатории Нанаса продемонстрировали, что ген Ab10, который кодирует моторный белок Kinder, способен создавать аберрантное наследование у дрожжей, такое же генетическое мошенничество, которое наблюдается у фиолетовой кукурузы.

Нанас подчеркнул ценный сельскохозяйственный потенциал этого метода, особенно в условиях растущей изменчивости климата. До сих пор для выведения высокопродуктивных, устойчивых к болезням культур требуется около 10 лет. «Что мы можем сделать с этой системой, так это изменить наследование нужного нам гена, чтобы быстро адаптироваться к меняющимся сельскохозяйственным условиям», — сказала она.

Этим летом был лишь заключительный период работы над исследованиями, которые Нанасэ начал несколько лет назад. Более крупный проект, направленный на понимание уникальных свойств Ab10, финансируется за счет гранта Национального научного фонда и предполагает сотрудничество с исследователями из Университета Джорджии.

«Мы продолжим исследовать, как Kinder может помочь хромосомам обмануть гонку за сегрегацию, и мы надеемся использовать эту информацию в сельскохозяйственных приложениях в будущем, что позволит быстро внедрить важные признаки в сельскохозяйственные культуры», — сказал Нанас.

Этим летом команда планирует выпустить документ и пояснительный плакат к следующим выходным. Кроме того, Нанас планирует представить результаты своего исследования в статье, надеюсь, в течение следующих года или двух.