すべての動物で重要である遺伝子、プラントおよび菌類の役割についての発見を記述するペーパーは国家科学院のジャーナル進行の 7 月 20 日 2004 日問題で出版されます。
発見の 1 つは RAD51 と指名される遺伝子がプラントの有性生殖の間に染色体の遺伝物質を組み変えるプロセスの必要な役割を担うことです。 人間では、このプロセスの欠陥により胎児は不妊、不成功、または生まれつきの障害に終って染色体の異常な番号が、ありますことができます。 プラントに於いての遺伝子の役割についての新しい発見はまた人間および他のほ乳類の精液そして卵細胞の生産に於いての必要な役割があるかもしれないことを提案します。
研究の最も意外な結果の 1 つはほ乳類にあることを知っているので RAD51 遺伝子がプラントの存続のために必要ではないことです。 「それはこの遺伝子の 2 枚の不完全なコピーがある RAD51 遺伝子の 2 枚の不完全なコピーを受継ぐマウス胎児が概念の後ですぐに停止する、従って私達はかなり、かなり普通成長します私達の突然変異体が植わることが分るために驚きましたこと有名です--但し例外としてはそれらは生殖不能です」、 Penn State の生物学のレポート洪 Ma、教授およびケルン、ドイツでプラント育成の研究のための最大Planck 協会でベルント Reiss のグループと共同して発見をした調査チームのリーダー。
チームの作業は互換性のある染色体の組み合わせることを含む RAD51 遺伝子の蛋白質の製品の特定の機能を、明らかにします--セルの遺伝子を含んでいる構造--これの間に発生するおよび他のプロセス染色体の遮断の減数分裂有機体の生殖細胞が開発の間に形作る、およびまた修理のプロセス中に場合の。 「私達の研究私達をちょうど RAD51 遺伝子が作用しなければ成長が止まる哺乳類のセルからの DNA のプラントセル修理遮断が別の形でと」、は Ma 言うことを疑うために導きます。
減数分裂は有性生殖のセルを、有機体の染色体の独特番号のそれぞれの単一繊維だけ含んでいる精子細胞および卵細胞のような作り出します。 成長した精液および卵細胞が結合する場合後で、新しい個人に DNA の全必要量があります--母からの半分および父からの半分。 チームの研究の多くは減数分裂の間に発生する 2 本の同じような染色体間の遺伝物質の改造に細胞核の二重残された染色体が離れて引っ張られ、蛋白質のチームによって 4 新しい男性か女性の生殖細胞に終って、二度再度ひとつにまとめられるとき焦点を合わせます。
研究者は外国 DNA の部分が遺伝子の真中で挿入されるのでモデル実験室のプラント、 RAD51 遺伝子が作用してない Arabidopsis の突然変異体の緊張の彼らの調査を行ないます。 Ma のチームは直径の約 0.3 か 0.4 ミリメートルただだったときに成長するチャンスがあった前にプラントの小さいつぼみを切り裂きました。 「花粉の開発が開始する前に減数分裂が Ma」、説明する発生するイベントであるので開く前に小さいつぼみからのセルを見ることは重要です。 「私達は損傷から構造を保護する扱い、次に私達が DNA を大いにもっとはっきり見ることを可能にするセルの他のどの部分もより化学薬品との汚します化学薬品とそれからセルを。
研究者の突然変異体のプラントの減数分裂の顕微鏡の画像は端正ではない染色体のパッケージ染色体の多くの壊れたセクションの無秩序を明らかにしました。 「私達は RAD51 遺伝子が作用しないプラントが減数分裂の間に壊れている染色体のセクションを組み変えられない」とことが分りました Ma は言います。 研究者はその上にプラントに染色体を切る蛋白質システムを禁止状態にする SPO-11 と指名された遺伝子の突然変異をもたらすことによって見つけるこれをテストしました。 「SPO-11 および RAD51 両方で不完全であるプラントで、私達はそのままな染色体染色体のフラグメントの混乱ではなくを見つけます」、 Ma のレポート。 「染色体が初めに切られないので、実際にそれを修理することを必要としません RAD51 が」。 これらの実験は RAD51 に組み変えの間に DNA の生化学的な修理に於いての必要な役割があることを示します。 彼らはまた壊された染色体をプラントに動物および菌類に発生すると前に知られていた修理するためのこのシステムが発生することを、また確立します。
交換に触媒作用を及ぼす、または 「クロスオーバー」、非常に同じような、か 「一致する」染色体間の DNA セクションの recombinase として知られているタイプの酵素のための RAD51 遺伝子コード。 概念で、個人は父からの染色体の 1 枚のコピーおよび母からの別の非常に同じような同一のコピーを丁度受継ぎます。 この DNA の交換--組み変えとして知られているプロセス--同じグループ内のそして全体全体の個人間の多様性を生成するために重要人口はです。
特定の遺伝子が各繊維の同じポイントにある DNA のこれらの非常に同じような分子はセルの分子機械装置によって一致するペアとして知られている 2 染色体の構造を形作るためにひとつにまとめられます。 各染色体に沿う DNA がとても類似しているので、薄い構造は 2 つの繊維をリンクする synaptonemal 複合体として知られている構造に終って染色体の間で形作れます。 Ma の研究は RAD51 遺伝子が相同物の組み合わせることおよび synapsis にとりわけ必要となるという減数分裂の間に組み変えに於いての役割に加えて限定的な証拠を、提供する第 1 です。 「突然変異体で、私達は染色体がペアを形作ることを一緒に来ないことが」彼が報告します分りました。 「あり、互いの近くの 2 つの繊維を」。は保持する蛋白質ことをの全体の複合体の重大なコンポーネント二重繊維を形作るために RAD51 蛋白質にセルの核内の同等に DNA の単一繊維を持って来ることに於いての役割がであることを私達の研究示します
Ma のチームの研究の調査結果の多数はですプラントで細胞分裂のプロセスもっとはっきり示す絶妙な電子顕微鏡の画像明らかにされます。 私達のチームで電子顕微鏡によって見ることのためにセルを準備する非常に厄介なプロセスで熟練している科学者があるために 「私達は幸運と」、 Ma 言いますです。 一斤のパンのようにスライス、画像ショーに構造を明らかにし、セルの内で置く染色体のセクションによセクション解剖割り込んで下さい。 はっきり目に見えます synaptonemal 複合体として知られているゼリーサンドイッチそっくりの構造は--2 つを結合する薄い主要な要素が付いている別の厚い部分の隣に坐る染色体の厚い部分。 この synaptonemal 複合体は正常なプラントセルの染色体の全体のセットのための減数分裂の間に形作るべきですが突然変異体のプラントの生殖細胞で形作らないことが Ma は分りました。 「」と繋ぎ合せる RAD51 が 2 を持って来ることをそこにないので別の部分と組み合わせられて得なかった厚い部分ことをの多くちょうど見ます Ma は言います。 電子顕微鏡の画像は RAD51 遺伝子が 2 本の染色体を組み合わせる主要な要素を形作るためにプラントに必要となることを限定的に示します。
RAD51 遺伝子はまた有害な放射能および化学薬品によって有機体のセルすべてで DNA に与えられる損害の修理に於いての役割に必要となるために知られています。 セルは傷つけられた一致する 1 つを修理するためにテンプレートとして DNA のそのままなセクションを使用します。 研究は動物および菌類に発生するために前に知られていた修理するためのこのシステムがプラントの meiotic セルに RAD51 遺伝子の蛋白質の製品が付いている壊された染色体を発生することを、また確立します。
「人間の再生のある欠陥が RAD51 機能の部分的な損失と関連付けられるかもしれないこと私達の研究と」は Ma を言います提案します。 「豊饒問題がある人々にこの RAD51 遺伝子の欠陥を調査することは現在可能ではないが、私達は私達有性生殖に於いての役割の前に」。約できたより多くを理解するのに今この突然変異体のプラント緊張を使用してもいいです
Ma および Reiss に加えて、調査チームの他のメンバーは Penn State に Wuxing 李および Changbin 陳を含んでいます; Ullrich Markmann-Mulisch およびドイツの最大Planck 協会の Elmon Schmelzer; そしてエストニアの Penn State そしてエストニア語の農業大学の Ljudmilla Timefejeva。 この研究は健康のある米国の各国用協会、米国の全米科学財団、米国エネルギー省、および EC 委員会からの許可によってサポートされました。
http://www.psu.edu/