Ein Papier, das Entdeckungen über die Rolle eines Gens beschreibt, das in allen Tieren wichtig ist, der Pflanzen und der Pilze wird im Punkt am 20. Juli 2004 der Zapfen Verfahren der National Academy Of Sciences Veröffentlicht.
Eine der Entdeckungen ist, dass das Gen, benannt RAD51, eine wesentliche Rolle im Prozess der Wiederverbindung des Genmaterials in den Chromosomen während der sexuellen Wiedergabe in den Pflanzen spielt. In den Menschen können Defekte in diesem Prozess ein Fötus veranlassen, die anormalen Anzahlen von Chromosomen, mit dem Ergebnis der Unfruchtbarkeit, der Fehlgeburten oder der Geburtsschäden zu haben. Die neuen Entdeckungen über die Rolle des Gens in den Pflanzen schlagen vor, dass sie möglicherweise auch eine wesentliche Rolle in der Produktion von Samenzellen- und Eizellen in den Menschen und in anderen Säugetieren hat.
Eins der überraschendsten Ergebnisse der Forschung ist, dass das Gen RAD51 nicht für Überleben in den Pflanzen wesentlich ist, da es bekannt, um in den Säugetieren zu sein. „Es ist weithin bekannt, dass ein Mäusefötus, das zwei defekte Exemplare des Gens RAD51 erbt, sehr bald nach Empfängnis stirbt, also waren wir durchaus überrascht, zu finden, dass unser Mutant pflanzt, die zwei defekte Exemplare dieses Gens haben, uns entwickeln ziemlich normalerweise--außer dass sie sind steril,“ Berichte Hong MA, Professor der Biologie an Penn State und der Führer vom Forschungsteam, das die Entdeckungen gemeinsam mit der Gruppe Bernd Reiss am Max Planck Institute für Pflanzenzüchtungs-Forschung in Köln, Deutschland machte.
Die Arbeit des Teams deckt spezielle Funktionen der Proteinprodukte des Gens RAD51, einschließlich die Paarung von kompatiblen Chromosomen auf--die Zellen, die die Gene der Zelle enthalten--während des Prozesses der Verkleinerung wenn die reproduktiven Zellen eines Organismus während seiner Entwicklung sich bilden, und von Brüchen in den Chromosomen, die während dieses und in anderem auftreten Prozess auch reparieren. „Unsere Forschung führt uns, zu vermuten, dass Pflanzenzellereparaturbrüche in ihrer DNS in anderer Weise von den Säugetierzellen, die gerade stoppen, zu wachsen, wenn das Gen RAD51 nicht arbeitet,“ MA sagt.
Verkleinerung produziert die Zellen der sexuellen Wiedergabe, wie Samenzellen und Eizellen, die nur einen einzelnen Strang von jeder der charakteristischen Anzahl des Organismus von Chromosomen enthalten. Später wenn die reifen Samenzellen- und Eizellen kombinieren, hat die neue Einzelperson seine volle Ergänzung von DNS--Hälfte von der Mutter und Hälfte vom Vater. Viel der Forschung des Teams wird auf die Umgruppierung des Genmaterials zwischen zwei ähnlichen Chromosomen gerichtet, das während der Verkleinerung auftritt, wenn die doppelsträngigen Chromosomen im Kern der Zelle auseinandergezogen werden und wieder zweimal durch ein Team von Proteinen, mit dem Ergebnis neuen Mannes vier oder der Aufnahmeseitigen reproduktiven Zellen zusammengebracht.
Die Forscher leiten ihre Studien mit einer Mutantspannung der vorbildlichen Laborpflanze, Arabidopsis, in dem das Gen RAD51 nicht imstande ist- zu arbeiten, weil ein Stück Fremd-DNA mitten in dem Gen eingeschoben wird. Team MAs zergliederte die kleinen Blumenknospen der Pflanze, bevor sie eine Möglichkeit hatten sich zu entwickeln, als sie nur ungefähr 0,3 oder 0,4 mm im Durchmesser waren. „Es ist wichtig, die Zellen von den kleinen Blumenknospen zu betrachten, bevor sie sich öffnen, weil Verkleinerung ein Ereignis ist, das, bevor Blütenstaubentwicklung beginnt,“ MA erklärt auftritt. „Wir behandeln dann die Zellen mit Chemikalien, die ihre Zelle vor Schaden schützen und beflecken sie dann mit einer Chemikalie, die uns erlaubt, die DNS offenbar zu sehen viel, als irgendein anderes Teil der Zelle.
Die mikroskopischen Bilder der Forscher der Verkleinerung in ihren Mutantpflanzen deckten nicht ordentliche Chromosompakete aber ein Chaos vieler unterbrochenen Kapitel der Chromosomen auf. „Wir fanden, dass Pflanzen, in denen das Gen RAD51 nicht arbeitet, nicht sind, die Kapitel ihrer Chromosomen wiederzuverbinden, die während der Verkleinerung unterbrochen sind,“ sagt MA. Die Forscher prüften zusätzlich dieses, das indem sie in die Pflanzen eine Veränderung in einem Gen findet, benannt SPO-11 vorstellten, das die Proteinanlage deaktiviert, die Chromosomen schneidet. „In den Pflanzen, die in SPO-11 und in RAD51 defekt sind, finden wir intakte Chromosomen, nicht das Durcheinander von den Chromosomfragmenten,“ MA-Berichte. „Weil die Chromosomen nicht an erster Stelle geschnitten werden, benötigen Sie nicht wirklich das RAD51, es zu reparieren.“ Diese Experimente zeigen, dass RAD51 eine wesentliche Rolle in der biochemischen Reparatur von DNS während der Rekombination hat. Sie legen auch fest, dass diese Anlage für die Reparatur von gebrochenen Chromosomen, die vorher bekannt, um in den Tieren und in den Pilzen aufzutreten, in den Pflanzen auftritt, auch.
Die Codes des Gens RAD51 für ein Baumuster Enzym bekannt als ein recombinase, das das abwechselnde Ein- und Auslagern katalysiert, oder „Übergang,“ von DNA-Abschnitten zwischen den sehr ähnlichen oder „übereinstimmenden“ Chromosomen. Am Empfängnis erbt eine Einzelperson ein Exemplar eines Chromosoms von seinem Vater und von einem anderen sehr ähnlichen aber nicht genau Duplikat von seiner Mutter. Dieses DNS-abwechselnde Ein- und Auslagern--ein Prozess bekannt als Rekombination--für das Erzeugen von Verschiedenartigkeit unter Einzelpersonen innerhalb der gleichen Familie und während des gesamten ist die Bevölkerung wichtig.
Diese sehr ähnlichen Moleküle von DNS, entlang denen spezifische Gene am gleichen Punkt auf jedem Strang liegen, werden durch die molekulare Maschinerie der Zelle zusammengebracht, um eine Zweichromosom Zelle zu bilden, die als ein übereinstimmendes Paar bekannt ist. Weil die DNS entlang jedem Chromosom so ähnlich ist, ist eine dünne Zelle in der Lage, sich zwischen den Chromosomen mit dem Ergebnis einer Zelle zu bilden, die als ein synaptonemal Komplex bekannt ist, der die zwei Stränge zusammen verbindet. Forschung MAs ist die erste, zum des endgültigen Beweises, dass das Gen RAD51 speziell für die Homologpaarung und -synapse gefordert wird, zusätzlich zu seiner Rolle in der Rekombination bereitzustellen während der Verkleinerung. „Im Mutanten, fanden wir, dass die Chromosomen nicht zusammen kommen, Paare zu bilden,“ ihn berichten. „Unsere Forschung zeigt, dass das Protein RAD51 eine Rolle hat, wenn es einen einzelnen Strang von DNS zu seinen Kollegen innerhalb des Kernes einer Zelle holt, um einen Doppelstrang zu bilden und ein kritisches Bauteil des Ganzkomplexes der Proteine ist, der anhält die zwei Stränge nah an gegenseitig.“
Viele der Ergebnisse der Forschung Teams des MAs werden ist seine vorzüglichen Elektronenmikroskopbilder aufgedeckt, die offenbar als überhaupt vor dem Prozess der Zellteilung in den Pflanzen zeigen. „Wir sind glücklich, auf unserem Team einen Wissenschaftler zu haben, der am sehr heiklen Prozess des Vorbereitens von Zellen für das Betrachten mit einem Elektronenmikroskop in hohem Grade erfahren ist,“ MA sagen. Wie ein Brotlaib schneiden Sie in Scheiben, die Bildshow eine Kapitel-durchkapitel Zerlegung der Chromosomen, die ihre Zelle aufdecken und innerhalb der Zelle in Position bringen. Ist die Gelee Zwischenlage ähnliche Zelle Deutlich sichtbar, die als der synaptonemal Komplex bekannt ist--ein starkes Stück des Chromosoms, das neben ein anderes starkes Stück mit einem dünnen zentralen Element verbindet die zwei sitzt. Dieser synaptonemal Komplex sollte sich während der Verkleinerung für das gesamte Set von Chromosomen in den normalen Pflanzenzellen bilden, aber MA fand, dass es sich nicht in den reproduktiven Zellen der Mutantpflanze bildet. „Sie sehen gerade, dass viele starke Stücke, die nicht mit einem anderen Stück zusammengepaßt erhalten haben, weil RAD51 nicht dort ist, die zwei zu holen, zusammenstellt,“ sagt MA. Die Elektronenmikroskopbilder zeigen endgültig, dass das Gen RAD51 in den Pflanzen für die Formung des zentralen Elements gefordert wird, das die zwei Chromosomen zusammenpaßt.
Das Gen RAD51 auch bekannt, für seine Rolle benötigt zu werden, wenn man den Schaden repariert, der zu DNS in allen Zellen eines Organismus durch schädliche Strahlung und Chemikalien verursacht wird. Die Zelle verwendet einen intakten DNA-Abschnitt als Schablone für die Reparatur ein schädigendes übereinstimmendes. Die Forschung legt fest, dass diese Anlage für die Reparatur von gebrochenen Chromosomen mit den Proteinprodukten des Gens RAD51, das vorher bekannt, um in den Tieren und in den Pilzen aufzutreten, in den meiotic Zellen von Pflanzen auftritt, auch.
„Unsere Forschung schlägt, dass einige Defekte möglicherweise in der menschlichen Wiedergabe auf teilweisen Verlust der Funktion RAD51 sich beziehen,“ MA sagt vor. „Während es nicht möglich zur Zeit ist, Defekte in diesem Gen RAD51 in den Leuten zu studieren, die Fruchtbarkeitsstörung haben, können wir diese Mutantpflanzenspannung jetzt verwenden, um zu verstehen, dass mehr als wir könnte vor ungefähr seiner Rolle in der sexuellen Wiedergabe.“
Zusätzlich zusätzlich MA und zu Reiss umfassen andere Bauteile des Forschungsteams Wuxing Li und Changbin Chen an Penn State; Ullrich Markmann-Mulisch und Elmon Schmelzer am Max Planck Institute in Deutschland; und Ljudmilla Timefejeva an Penn State und an der Estnischen Landwirtschaftlichen Universität in Estland. Diese Forschung wurde durch Bewilligungen von den US-Nationalen Instituten der Gesundheit, von der US-National Science Foundation, vom US-Energieministerium und von der Europäischen Kommission unterstützt.
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