Naukowcy z Instytutu Biologii Molekularnej i Biotechnologii UAM opisali mechanizm, który wyjaśnia, w jaki sposób niższa temperatura wpływa na tasowanie genów u roślin. Wyniki badań ukazały się w prestiżowym czasopiśmie Nature Plants.
Każde pokolenie różni się od poprzedniego między innymi dzięki crossing-over – procesowi, w którym chromosomy pochodzące od dwóch rodziców wymieniają między sobą fragmenty DNA podczas produkcji komórek rozrodczych. To właśnie dzięki temu potomstwo otrzymuje nowe układy wariantów genetycznych. Liczba i położenie takich wymian są jednak ściśle kontrolowane. Od dawna wiadomo, że na przebieg crossing-over może wpływać środowisko, w tym temperatura, ale nie było jasne, dlaczego różne genotypy tego samego gatunku reagują na chłód w odmienny sposób.
Zespół badaczy z Pracowni Biologii Genomu pod kierunkiem dr. Alexandre’a Pelé i prof. Piotra Ziółkowskiego wykazał, że kluczową rolę w tej odpowiedzi odgrywa gen SNI1. Badania prowadzono u Arabidopsis thaliana, modelowej rośliny często wykorzystywanej w genetyce i biologii molekularnej. Naukowcy porównali rekombinację w różnych liniach Arabidopsis rosnących w temperaturze 21°C i 12°C. Wykorzystali zarówno fluorescencyjne markery nasion, pozwalające szybko mierzyć crossing-over w wybranych fragmentach chromosomów, jak i sekwencjonowanie całych populacji potomnych, dzięki któremu można było odtworzyć mapy crossing-over w skali całego genomu.
Okazało się, że niższa temperatura zwykle zwiększa częstość crossing-over i przesuwa je w stronę końców chromosomów, czyli regionów subtelomerowych. Jednak nie wszystkie krzyżówki Arabidopsis reagowały tak samo. Właśnie ta zmienność pozwoliła zmapować regiony genomu odpowiedzialne za różnice w odpowiedzi na temperaturę. Najsilniejszy sygnał znaleziono na chromosomie 4, a mapowanie wysokorozdzielcze oraz analizy mutantów pozwoliły na zidentyfikowanie odpowiedzialnego za te różnice genu SNI1.
SNI1 koduje białko związane z kompleksem SMC5/6, który bierze udział w organizacji struktury chromosomów. Wyniki pracy pokazują, że SNI1 działa jak swoisty „hamulec” ograniczający jeden ze szlaków powstawania crossing-over, tzw. crossing-over klasy II. W niższej temperaturze aktywność tego hamulca jest osłabiona, co pozwala na zwiększenie liczby zdarzeń crossing-over i zmianę ich rozmieszczenia w genomie. Mutacje zmniejszające aktywność SNI1 naśladowały efekt chłodu nawet w standardowej temperaturze 21°C.
- Odkrycie ma znaczenie nie tylko dla zrozumienia podstawowych mechanizmów mejozy. Ponieważ crossing-over decyduje o tym, jakie kombinacje genów trafiają do następnego pokolenia, mechanizmy regulujące ten proces mogą wpływać na tempo powstawania różnorodności genetycznej w populacjach. W dłuższej perspektywie może to mieć znaczenie dla adaptacji roślin do zmieniających się warunków środowiskowych. Wyniki mogą też pomóc w opracowywaniu strategii hodowlanych, w których kontrola rekombinacji pozwalałaby sprawniej łączyć korzystne cechy roślin uprawnych – mówi dr Alexandre Pelé, główny autor pracy.
Badania pokazują, że odpowiedź rekombinacji na temperaturę nie jest uniwersalna — zależy od tła genetycznego. SNI1 jest więc ważnym elementem tej układanki, ale prawdopodobnie nie jedynym. Kolejnym krokiem będzie sprawdzenie, jakie inne geny i mechanizmy odpowiadają za reakcję mejozy na różne warunki środowiskowe oraz czy podobne procesy działają również u roślin uprawnych.
Artykuł: A. Pelé, E. Sáez Zárate, N. Kbiri, W. Dziegielewski, L. Zhu, A. Lipinska, C. Morgan and P.A. Ziolkowski, SNI1/NSE5 is a cold-sensitive brake on Class II crossovers in Arabidopsis, Nature Plants, 2026. DOI: 10.1038/s41477-026-02400-x.
Link do artykułu: Nature Plants
Zobacz też: Prof. Piotr Ziółkowski. Gen doskonałości