遗传信息交换调控的新见解

在我们身体的每个细胞中，DNA与蛋白质紧密结合，形成称为染色体的结构。众所周知的染色体形状与许多生物体中的X形外观有关。X形染色体的形成是由着丝粒位点的紧密连接引起的。该着丝粒充当姐妹染色单体之间的纽带，姐妹染色单体是DNA复制过程中产生的相同副本。

在繁殖过程中，同源染色体(具有相同形状和遗传设置的染色体)配对并交换遗传信息。这种DNA交换被称为交叉，这是一个将来自父亲和母亲的遗传物质混合以确保后代遗传多样性的过程。

众所周知，着丝粒区域的交叉活动减少，并且更有可能发生在远离着丝粒的区域。因此，靠近着丝粒的基因不会发生基因重组。这种现象被称为“着丝粒效应”，表明着丝粒本身可能会影响交换活动和分布。

然而，控制交叉分布的机制尚未确定。安德烈·马克斯周围的研究小组现在可以进一步阐明基因重组的控制机制。

在《自然植物》杂志上发表的一项新研究中，科学家们使用了喙莎草，一种草状开花植物(Rhynchosporabreviuscula)，这是研究基因重组形成的绝佳天然工具箱。

与具有单个着丝粒染色体的植物(单着丝粒植物)相比，模型植物由具有数百个小着丝粒的染色体组成，这些小着丝粒在染色体上排列成一条线。因此，通过使用这种所谓的全着丝粒染色体，研究人员排除了局部着丝粒以及染色体区室组织的影响，着丝粒和基因均匀分布在整个染色体上。

研究人员首次能够建立遗传重组图谱，分析全中心植物中的交换发生情况。与单着丝粒染色体相反，交叉活动也发生在着丝粒附近。然而，引人注目的是，交换在染色体上分布不均匀，靠近染色体末端的浓度较高。此外，研究小组证明，交换的分布基本上不受遗传和表观遗传染色体特征的全局分布的影响。

因此，着丝粒区域以及表观遗传调控似乎并不是控制交叉分布的主要驱动力。相反，马克斯和他的团队提出，同源染色体配对过程中的行为是交叉控制的主要力量，而端粒(每条染色体末端发现的特定结构)是关键角色。

该团队的发现对于现代植物育种者来说特别有希望，他们依赖基因的遗传交换来获得有利和不利的性状，由于着丝粒效应，这是目前单着丝粒植物中靠近着丝粒的基因的瓶颈。

马克斯说：“了解具有分散着丝粒的植物如何调节交换活性对于在植物育种中设计减数分裂重组至关重要，例如，通过触发基本上根本不重组的区域中的基因交换。”