Publiceras pappers- beskriva upptäckter om rollen av en gen, som är viktig sammanlagt, djur, växter och svampar i 20 Juli 2004 utfärdar av föra journal överFörfarandena av MedborgareAkademin av Vetenskaper.
En av upptäckterna är att genen som namnges RAD51, leker en nödvändig roll i det processaa av recombining det genetiska materiellt i kromosomer under sexuell reproduktion i växter. Hos människor hoppar av i detta processaa kan orsaka ett foster för att ha onormalt numrerar av kromosomer och att resultera i infertility, missfall, eller födelse hoppar av. De nya upptäckterna om gen roll i växter föreslår att den också kan ha en nödvändig roll i produktionen av sperma- och äggceller hos människor och andra däggdjur.
Ett av de mest överraska resultaten av forskningen är att genen RAD51 inte är nödvändig för överlevnad i växter, som den är bekant att vara i däggdjur. ”Är Det välkänt att ett musfoster, som övertar defekta två kopierar av genen ska matrisen RAD51 mycket snart efter befruktning, så vi var ganska förvånada att finna, att vår mutant planterar, som har defekta två kopierar av denna gen, framkallar ganska normalt--undanta, att de är sterila,” den rapportHong Modern, professorn av biologi på Penn State och ledare av forskninglaget, som gjorde upptäckterna i samarbete med den Bernd Reiss gruppen på det Max-Planck Institutet för VäxtAvel att Forska på Cologne, Tyskland.
Lagets arbete avslöjer närmare detalj fungerar av proteinprodukterna av RAD51 genen, däribland para av kompatibla kromosomer--strukturerar som innehåller cellens gener--under det processaa av meiosisen, när en organism reproduktiva celler bildar under dess utveckling, och också reparera av avbrott i kromosomerna, som uppstår under denna, och annat processaa. ”Leder Vår forskning oss för att misstänka, att växtceller reparerar avbrott i deras DNA i ett olikt långt från däggdjurs- celler, som stoppar precis att växa, om genen RAD51 inte fungerar,” Mornågot att säga.
Meiosisen producerar cellerna av den sexuella reproduktionen, liksom spermaceller, och äggceller, som innehåller endast en singel, strandar av varje av organism kännetecken numrerar av kromosomer. mer Sistnämnd, när sammanslutningen för mognasperma- och äggceller, den ska nya individen har dess fulla komplement av DNA--halva från fostra och halva från fadern. Mycket av lagets forskning fokuseras på reshufflingen av genetiskt materiellt mellan två liknande kromosomer, som uppstår under meiosis, när destrandade kromosomerna i cellens nucleus dras ifrån varandra och kommas med tillsammans igen två gånger av ett lag av proteiner och att resultera i ny manlig fyra eller kvinnliga reproduktiva celler.
Forskareuppförandet som deras studier med en mutant anstränger av modelleralaboratoriumväxten, Arabidopsis, som genen RAD51 är oförmögen i att fungera, därför att en lappa av utländsk DNA sätts in i en mitt av genen. Mas lag dissekerade växt de mycket små blommaknopparna, för de hade en riskera som ska framkallas, då de var endast omkring 0,3 eller 0,4 millimetrar i diameter. ”Är Det viktigt att se cellerna från de mycket små blommaknopparna, för de öppnar, därför att meiosisen är en händelse som uppstår, för pollenutveckling startar,” Modern förklarar. ”Oss därefter fest som cellerna med kemikalieer, som skyddar deras, strukturerar från skada och befläcker därefter dem med ett kemiskt, som låter oss se DNAEN mycket klarare än någon annan del av cellen.
De mikroskopiska forskarna avbildar av meiosis i deras mutantväxter avslöjde den inte propra kromosomen paketerar, men en kaos av många brutet delar upp av kromosomer. ”Grundar Vi att växter, som genen RAD51 inte fungerar i inte är kompetent att recombine delar upp av deras kromosomer, som är brutna under meiosis,” Mornågot att säga. Forskarna testade dessutom denna som finner, genom att introducera in i växterna en mutation i en gen som namngavs SPO-11, som inaktiverar proteinsystemet, som klipper kromosomer. ”I växter, som är defekta i både SPO-11 och RAD51, finner vi intakt kromosomer, inte röran av kromosomfragment,”, Morrapporter. Förlägga, dig behöver inte egentligen RAD51EN att reparera den.”, ”Därför Att kromosomerna inte klipps i första, Dessa experiment visar att RAD51 har en nödvändig roll i det biochemical att reparera av DNA under återkombination. De upprättar också, att detta system för att reparera brutna kromosomer, som var föregående bekant att uppstå i djur och svampar, uppstår i växter, som väl.
Genen RAD51 kodifierar för en typ av enzymet som är bekant som en recombinase, som catalyzes bytet, eller ”delar upp övergång,” av DNA mellan mycket liknande eller ”homologous” kromosomer. På befruktningen övertar en individ en kopierar av en kromosom från dess fader och ett annat mycket liknande, men identiskt kopiera inte exakt från dess fostrar. Detta DNA-byte--ett processaa bekant som återkombination--viktigt för utveckling av mångfald bland individer inom den samma familjen och alltigenom är det helt befolkningen.
Dessa mycket liknande molekylar av DNA, som specifika gener ligger längs på samma, pekar på varje strandar, kommas med tillsammans av det molekylära maskineriet av cellen för att bilda enkromosom strukturerar bekant som ett homologous parar. Därför Att DNAEN längs varje kromosom är så liknande, strukturerar ett tunt är kompetent att bilda mellan kromosomerna resultera i en strukturera som är bekant som ett synaptonemal komplex, som anknyter tvåna strandar tillsammans. Mas forskning är första som ger definitivt bevisar, att genen RAD51 krävs specifikt för homologatt para och synapsis, förutom dess roll i återkombination under meiosis. ”I mutanten, grundar vi att kromosomerna inte kommer tillsammans att bilda parar,” honom anmäler. ”Visar Vår forskning att proteinet RAD51 har en roll, i att komma med en singel för att stranda av DNA till dess motstycken inom nucleusen av en cell för att bilda enstranda och är ett kritiskt del- av det hela komplex av proteiner som rymmer tvåna strandar nästan en another.”,
Många av rönet av Ma'sens lags forskning avslöjs är dess utsökta elektron-mikroskop avbildar, som visar klarare än någonsin för det processaa av celluppdelning i växter. ”Är Vi gynnsamma att ha på vårt lag en forskare som är högt kompetent på det mycket knepigt bearbetar av att förbereda celler för att beskåda med ett elektronmikroskop,” Mornågot att säga. Gilla en släntra av brödsnittet in i skivor, avbildar show endela upp dissekering av kromosomerna som avslöjer deras strukturerar och placerar inom cellen. Klart synlig är gelé-smörgås-något liknande strukturerar bekant som det synaptonemal komplex--ett tjockt lappar av kromosomsammanträdet bredvid ett annat tjockt lappar med en tunn centralbeståndsdel som sammanfogar tvåna. Detta synaptonemal komplex bör bilda under meiosisen för den hela uppsättningen av kromosomer i det normalaväxtceller, men den fann Modern att det inte bildar i de reproduktiva cellerna av mutantväxten. ”Ser Du precis att raddor lappar tjockt som inte har fått parade med another lappar, därför att RAD51 inte är där att komma med tvåna lappar tillsammans,” Mornågot att säga. Elektron-mikroskopet avbildar show definitively att genen RAD51 krävs i växter för att bilda centralbeståndsdelen som parar de två kromosomerna.
Genen RAD51 är också bekant att krävas för dess roll, i att reparera skada som sammanlagt orsakas till DNA av en organism celler av skadlig utstrålning och kemikalieer. Cellen använder ett intakt delar upp av DNA som en mall för att reparera skadad homologous. Forskningen upprättar, att detta system för att reparera brutna kromosomer med proteinprodukterna av genen RAD51, som var föregående bekant att uppstå i djur och svampar, uppstår i meiotic celler av växter, som väl.
”Föreslår Vår forskning att någon hoppar av i människareproduktion kan vara tillhörande med partisk förlust av RAD51EN fungerar,” Mornågot att säga. ”Hoppar av Stunden det inte är möjligheten i dagsläget till studien, i denna gen RAD51 i folk, som har fruktsamheta problem, oss nu kan använda denna mutantväxt anstränger för att förstå att mer än oss kunde för omkring dess roll i sexuell reproduktion.”,
Förutom Mor och Reiss inkluderar andra medlemmar av forskninglaget Wuxing Li och Changbin Chen på Penn State; Ullrich Markmann-Mulisch och Elmon Schmelzer på det Max-Planck Institutet i Tyskland; och Ljudmilla Timefejeva på Penn State och den Estländsk a Jordbruks- Universitetar i Estland. Denna forskning stöttades av lån från U.S.-MedborgareInstituten av Vård-, U.S.-Nationalet Science Foundation, U.S.-Avdelningen av Energi och Europeiska Kommissionen.
http://www.psu.edu/