نوع مقاله : مقاله ترویجی
نویسندگان
1 دانشگاه یاسوج
2 زراعت واصلاح نباتات-دانشکده کشاورزی-دانشگاه یاسوج
چکیده
ژنهای کنترلکننده پیشروی میوز و بیتاثیر بر پیشروی میتوز در گیاهان، در ذرت و آرابیدوپسیس به طور گسترده مطالعه شده اند. اینها شامل ژنهای کنترلکننده تمایز سلولهای سومایی به سلولهای اسپورزا و ژنهای شروع میوز، ژنهای رمزگذار پروتئینهای اختصاصی میوز در کروموزومها و کمپلکسهای سیناپتونمال، ژنهای پروتئینهای واسطه و آنزیمهای نوترکیبی میوزیDNA و کراسینگ اور و ژنهای کنترلکننده رفتار خاص میوزی سانترومرها و روند دو تقسیم میوزی هستند. تعداد زیادی از این ژنها همسانهسازی و در سطح مولکولی مطالعه شده اند. مطالعه روی ژنهای میوز در برنج فعالانه در حال توسعه است در حالیکه مطالعات روی ژنهای مربوطه در جو، چاودار، گوجه فرنگی و گندم هگزاپلوئید پیشرفت کمتری دارند. برای شناسایی ژنهای میوز، از جهشزاهای شیمیایی و درجی، تجزیه و تحلیل ژنتیکی و سیتولوژیکی، مطالعات ژنگانی و پروتئومیک، روشهای ژنتیک معکوس و بیوانفورماتیک استفاده می شود.
کلیدواژهها
Genetic control of meiosis in plants.
Simanovsky, S. A. and Yu. F. Bogdanov
Russian Joural of Genetics 2018. 54(4): 389-402.
کنترل ژنتیکی میوز در گیاهان
اسد معصومی اصل* و سید ایمان آشتی
یاسوج، دانشگاه یاسوج، دانشکده کشاورزی، گروه زراعت واصلاح نباتات
چکیده
ژنهای کنترلکننده پیشروی میوز و بیتاثیر بر پیشروی میتوز در گیاهان، در ذرت و آرابیدوپسیس به طور گسترده مطالعه شده اند. اینها شامل ژنهای کنترلکننده تمایز سلولهای سومایی به سلولهای اسپورزا و ژنهای شروع میوز، ژنهای رمزگذار پروتئینهای اختصاصی میوز در کروموزومها و کمپلکسهای سیناپتونمال، ژنهای پروتئینهای واسطه و آنزیمهای نوترکیبی میوزیDNA و کراسینگ اور و ژنهای کنترلکننده رفتار خاص میوزی سانترومرها و روند دو تقسیم میوزی هستند. تعداد زیادی از این ژنها همسانهسازی و در سطح مولکولی مطالعه شده اند. مطالعه روی ژنهای میوز در برنج فعالانه در حال توسعه است در حالیکه مطالعات روی ژنهای مربوطه در جو، چاودار، گوجه فرنگی و گندم هگزاپلوئید پیشرفت کمتری دارند. برای شناسایی ژنهای میوز، از جهشزاهای شیمیایی و درجی، تجزیه و تحلیل ژنتیکی و سیتولوژیکی، مطالعات ژنگانی و پروتئومیک، روشهای ژنتیک معکوس و بیوانفورماتیک استفاده میشود.
کلیدواژگان: ژن، میوز، جهش، نوترکیبی، پروتئینها، تمایز، کمپلکس سیناپتونمال
* نویسنده مسئول، پست الکترونیکی: masoumiasl@yu.ac.ir
مقدمه
ژنهایی که پیشروی میوز را کنترل میکنند روی میتوز بیتأثیر بوده و طی چرخه سلولهای سومایی گیاهان خاموش هستند. این ژنها برای اولین بار در دهه 1930 و در جریان توسعه ژنتیک ذرت توسط "بیدل" کشف شدند. بیدل جهشهای نهفته Polymitotic در ذرت را کشف کرد که منجر به تقسیم میتوزی زودهنگام پس از میوز 2 شده و از سیناپس کروموزومی جلوگیری میکنند. بعدها، ژنهای فعال در میوز در چندین گونه از گیاهان تک لپه و دو لپه کشف شدند. این مطالعات در سال 1975 در اتحاد جماهیر شوروی با استفاده از سوپر مغناطیسها توسعه یافت. پس از سال 1982، مطالعات روی این موضوع در روسیه و امریکا و پس از سال 1999، در ایالات متحده ادامه یافت و مهمترین این ژنها مورد مطالعه قرار گرفتند. در اواخر دهه 1990، ابتدا در بریتانیای کبیر و سپس در سایر کشورها، مطالعات فشرده ای روی ژنهای میوزی آرابیدوپسیس تالیانا[1] آغاز شد که تا به امروز ادامه دارد. بررسی کنترل ژنتیکی میوز در گندم آلوپلیپلوئید و سایر آلوپلیپلوئیدها نتایج مهمی در خصوص درک پدیده دیپلوئید شدن آلوپلیپلوئیدها به دست داد. در این مقاله اطلاعات موجود در مورد ژنهای مسئول وقایع اصلی سلولهای میوزی و ژنهای ورود به میوز، پایان نوترکیبی میوزی، دو تقسیم میوز و تشکیل اسپور هاپلوئید ارائه میشود. علاوه بر این، مقایساتی روی ژنهای میوزی گونههای مهم زراعی یعنی برنج، چاودار، گندم و گوجه فرنگی انجام میشود.
1- تشکیل و تمایز سلول میوزی: چرخه زندگی گیاهان از دو مرحله اسپوروفیتی و گامتوفیتی تشکیل شده و انتقال بین این دو مرحله با کمک میوز انجام میشود. گیاهان برخلاف جانوران، سلولهای زایشی از پیش تعیین شده ندارند و سلولهای میوزی گیاهی از سلولهای سومایی متمایز میشوند. در ذرت، جهش mac1 شناسایی شده که تعادل بین سلولهای میوزی و سومایی اطراف آن را مختل میکند، یعنی محدودیت تعداد سلولهایی که قادر به ورود به تقسیم میوز هستند را حذف میکند. هم در بساک و هم در تخمک جهشیافتههای mac1، تعداد بیش از حد سلولهای میوزی و فقدان سلولهای سومایی مشاهده میشود. در بساکهای mac1، در طول میکروسپورزایی توقف پیشروی میوز در مراحل مختلف مشاهده میشود. گفته شده دلیل این امر عدم وجود لایه سلولی سومایی طبیعی (سلولهای تاپتال) در بساکها است چرا که این لایههای سلولی باید برای سلولهای میوزی غذا تامین کنند. در طول میکروسپورزایی، در هر یک از تخمکهای mac1، به جای اینکه یک سلول میوزی (همانند گیاهان طبیعی) وارد میوز شود، یک تا پنج الی شش سلول میوزی تشکیل میشود که همه آنها به سلولهای مادری مگاسپور تبدیل شده و میوز انجام میدهند. در نتیجه چندین سلول میوزی مگاسپور تشکیل میشوند که پس از میوز، وارد میتوز شده و رشد غیر طبیعی تخمکها ادامه مییابد. در تخمک جهشیافتههای mac1، که حاوی چندین مگاسپور است، یک سلول چند هسته ای حاوی دهها هسته تشکیل میشود که این تخمکها معمولاً عقیم هستند. مشخص شده که پروتئین MAC1 ذرت، اورتولوگ پروتئین TDL1A برنج و پروتئین TPD1 آرابیدوپسیس است. در برنج، این پروتئینها با پروتئین MSP1 و در آرابیدوپسیس با پروتئین EMS1/EXS برهمکنش دارند. پروتئینهای MSP1 و EMS1/EXS گیرندههای پروتئینکینازی هستند که در سطح بیرونی سلول قرار داشته و در جمعآوری اطلاعات از سلولهای مجاور نقش دارند. پیشنهاد شده که این مسیر پیامرسانی به تعیین سرنوشت سلولهای میوزی آینده و تعادل بین سلولهای بساک و تخمک کمک میکند. در آرابیدوپسیس، سایر شرکتکنندگان احتمالی این مسیر پیامرسانی یعنی پروتئینهای AMS، MS1 و MYB103 نیز یافت شده اند. در جهشیافتههای ams، تشکیل بساک و میوز به طور عادی پیش میرود، اما میکروسپورها و سلولهای تاپتال بلافاصله پس از تکمیل میوز دچار استحاله میشوند. در جهشیافتههای ms1، میکروسپورها پس از رها شدن از تترادها از بین میروند. ژن MYB103 فقط در سلولهای تاپتال بیان شده و برای تشکیل لایه تاپتوم با شکل ظاهری منظم و نیز در میکروسپورزایی طبیعی لازم است. ژنهایAMS ، MS1 و MYB103 هم پس از به اوج رسیدن بیان ژن EMS1/EXS فعال میشوند. در جهشیافتههای mel1، سلولهای میوزی ناقص وارد تقسیم میوز میشوند ولی تقسیم آنها در لپتوتن متوقف شده و انقباض بیشتر کروموزوم رخ نمیدهد. ژن MEL1 تقسیم سلولهای پیش اسپوری را تنظیم و تغییرات ساختاری کروموزومها را احتمالاً با سرکوب بیان ژن و قبل از میوز انجام میدهد.
2- ورود به میوز: پس از تمایز سلولهای میوزی، تشکیلات چرخه سلولی باید از تقسیم میتوزی به تقسیم میوزی تغییر یابند. ژن AM1 نقش مهمی در شروع میوز ذرت دارد. آللهای متعدد ژن جهشیافته am1 بصورت گام به گام عمل میکنند. سلولهای میوزی جهشیافتههای am1-1 وارد میوز نمیشوند. در هر دو سلول میوزی نر و ماده، به جای تقسیم میوزی تقسیمی مشابه تقسیم میتوزی انجام میگیرد و پس از دو یا سه تقسیم همزمان، سلولها دچار استحاله میشوند. در تخمکها، آلل am1-1 علاوه بر همان عمل، به سلولها اجازه میدهد که وارد اینترفاز پیشمیوزی شوند ولی از پیشروی آن جلوگیری میکند. علاوه بر آلل am1-1، سه مورد از چهار آلل جهشیافته ژن AM1 همانند am1-1، باعث انجام تقسیم میتوزی شده یا از نمو سلول در مرحله اینترفاز پیش میوزی جلوگیری میکنند. آلل am1-pra1 نیز اجازه میدهد تا اسپوروسیتها وارد مرحله پروفاز 1 شوند اما انتقال از لپتوتن به زیگوتن و بیشتر اوقات به پاکیتن را متوقف میکند. در نتیجه عملکرد آلل am1-PraI در اوایل پروفاز، یک ساختار کروموزومی مشابه لپتوتن معمولی شکل میگیرد، اما ساختار "دسته گل" یا bouquet تشکیل نمیشود. ژن AM1 در گیاهان تک لپه از نظر اثر، مشابه ژن SWI1 دولپهایها در آرابیدوپسیس است. ژنهای MS5/TDM و TAM میتوانند به عنوان تنظیمکننده چرخه سلولی میوزی فعالیت کنند. سرنوشت سلول میوزی و شروع تقسیم میوز باید قبل یا در طی مرحله سنتز پیشمیوزی مشخص شود زیرا بارگیری هیستونها، کوهسینها و کاندنسینهای خاص میوز در این مرحله در حال انجام است. این واقعیتها نشان میدهند که کنترل شروع میوز قبل از تنظیم میوزی و انسجام کروماتید خواهری رخ میدهد.
3- ایجاد انسجام در کروماتید خواهری: انسجام کروماتید خواهری در ذرت تحت کنترل ژن AFD1 است. بروز جهش afd1 در لپتوتن آغاز میشود. این جهش سازمان کروموزومی معمول در پروفاز 1 را مختل میکند و لذا در طول متافاز 1، انسجام کروماتید خواهری در سانترومرها رخ نداده و در نتیجه تفکیک کروماتید خواهری در آنافاز 1، بیشتر از کروموزومهای غیرهومولوگ میباشد. پروتئین AFD1 برای جذب پروتئینهای سیناپتونمال کمپلکس (SC) و تشکیل عناصر جانبی آنها ضروری است. علاوه بر این، این پروتئین در نواحی سانترومری کروموزوم در متافاز 1 و آنافاز 1 باقیمانده و کروماتیدهای خواهری را از عدم تفکیک در مرحله تفکیک کروموزومهای هومولوگ در اولین تقسیم میوز محافظت میکند. در کروموزومهای میتوزی یوکاریوتها کمپلکس کوهسین شامل پروتئینهای SMC1 و SMC3 و دو پروتئین SCC1/RAD21 و SCC3/PSC3 میباشند که زمینه ایجاد حلقهای متشکل از پروتئین SMC نگهدارنده کروماتیدهای خواهری در کنار هم را فراهم میکند. مجموعه ای از جهشهای آللی در ژن AFD1 ذرت ایجاد شده اند. بررسی این جهشیافتهها نشان داد که تشکیل محورهای پروتئینی کروموزوم (AE) در لپتوتن به میزان بیان ژنAFD1 بستگی دارد و در حالت هوموزیگوت آللهای afd1-1، afd1-2 و afd1-3، محورهای کروموزومی در پروفاز 1 تشکیل نمیشوند. با اینحال، هوموزیگوتهای آلل جهشیافته afd1-4 با حضور محورهای کروموزومی در لپتوتن و تشکیل ساختار "دسته گل" مشخص میشوند. مطالعه جهشیافتههای آللهای مختلف نشان داد که ژن AFD1، شروع تشکیل AE را کنترل نمیکند ولی فرآیندهای طویل شدن، بلوغ و تبدیل آنها به عناصر جانبی کمپلکسهای سیناپتونمالی در طول سیناپسیس کروموزومهای هومولوگ را کنترل میکند. دخالت احتمالی پروتئین SYN1 در جفت شدن کروموزوم نیز گزارش شده است. بیان آنالوگهای REC8 گیاهی خاص میوز نیست. شاید، اینحالت نتیجه عدم وجود سلولهای جنسی از پیش تعیینشده در گیاهان باشد. در چاودار، جهش mei8 شناسایی شد. جهشیافتههای mei8 بواسطه انقباض نامساوی کروماتین در طول کروموزومهای میوزی مشخص میشوند. این جهش روی سیناپسیس کروموزومهای هومولوگ و تشکیل دوک هیچ تاثیری ندارد، بلکه فقط روی انقباض کروموزومهای میوزی تأثیر دارد. پیشنهاد شده که جهش mei8 میتواند منجر به نقص در یکی از اجزای کوهسین یا کمپلکس کندانسین فعال در میوز چاودار شود. جهش mei10 نیز باعث انقباض بیشتر کروموزوم میشود که در مراحل مختلف میوز موجب توقف تقسیم میشود.
4- تشکیل ساختار "دسته گل": در گیاهان انتقال از لپتوتن به زیگوتن بواسطه تشکیل خوشه تلومری روی غشای هسته و تشکیل ساختار "دسته گل" کروموزومی مشخص میشود. در ذرت، جهش pam1 شناسایی شده که نقش آن ایجاد اختلال در شکلگیری ساختار "دسته گل" است. در جهشهای pam1، تلومرها به طور معمول به غشای هسته متصل شده و چندین دسته تلومری تشکیل میشود. بررسی تعدادی دیگر از جهشهای ذرت نشان داد که جفت شدن کروموزومها در آنها مختل شده ولی "دسته گل" کروموزومی وجود دارد، لذا گفته شده که تشکیل "دسته گل" و جفت شدن کروموزومها فرآیندهای مستقلی هستند. در چاودار، جهش sy1 شناسایی شده که یکی از ویژگیهای آن اختلال در تشکیل "دسته گل" است. در مراحل مشابه زیگوتن و پاکیتن (میوز طبیعی)، در جهشهای sy1 سیناپس کروموزومهای هومولوگ رخ نمیدهد.
5- نوترکیبی میوزی: بسیاری از ژنهای گیاهی بسیار مهم دخیل در نوترکیبی میوزی در مراحل زیر شناسایی شده اند.
تشکیل DNAهای دو رشته ای (لپتوتن). نوترکیبی میوزی با شکستن DNAهای دورشتهای (DSBs) آغاز میشود. در حال حاضر، در ذرت ژنی که بتواند در این فرآیند شرکت کند، شناسایی نشده است. پروتئین SPO11-1 آرابیدوپسیس نیز برای شروع نوترکیبی میوزی ضروری است. پروتئین AtPRD1 که برای تشکیل DSBها در آرابیدوپسیس ضروری است، شناسایی شد.
تعمیر DSB در لپتوتن- زیگوتن. اعمال پروتئینهای MRE11 و RAD50 در آرابیدوپسیس مطالعه شده و ثابت شده که کمپلکس MRX برای پردازش DSB ضروری است اما برای تشکیل آنها ضروری نیست. پردازش DSB منجر به ایجاد DNA با انتهای تک رشته ای میشود که پروتئینهای خاصی به آنها متصل میشوند (RAD51 و DMC1) و جستجوی هومولوگی را فعال میکنند. در ذرت، دو هومولوگ RAD51A و RAD51B شناسایی شده که در جهشیافتههای مضاعف این ژنها، فنوتیپ منحصر به فردی مشاهده میشود که شامل جفت شدن، سیناپسیس و تشکیل کیاسماتا بین کروموزومهای غیر هومولوگ است. این یافتهها به اهمیت RAD51 در تشخیص هومولوگی بین کروموزومها در طول ترمیم DNA در چرخه سلولی میوزی ذرت اشاره دارد. ویژگی فنوتیپی جهشیافتههای مضاعف rad51 ذرت مشابه جهشیافتههای ph گندم است. بعلاوه، در ذرت ژن PHS1 شناسایی شده که یک ژن منحصر به فرد دخیل در شروع سازوکارهای باز شدن رشته DNA است.
مراحل نهایی نوترکیبی میوزی در زیگوتن-پاکیتن. در گیاهان از تعمیرDSB حداقل دو نوع محصول مختلف یعنی CO (کراسینگ اورها) و NKO (بدون کراسینگ آور) بوجود میآیند. COهای نوع 1 بواسطه وجود تداخل مشخص میشوند در حالیکه COهای نوع 2 توسط توزیع مستقل در طول بیوالنتها مشخص میشوند. نسبت این دو نوع CO خاص هر گونه است. در گیاهان وجود دو نوع CO برای اولین بار پیشبینی و در حال حاضر با شناسایی و توصیف ژن Mus81 و هومولوگ پروتئین ZMM در آرابیدوپسیس تأیید شد. در جهشیافتههای پروتئین ZMM، وقایع اولیه نوترکیبی مختل نمیشوند و سیناپسیس نیز به طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار نمیگیرد. با این وجود، سرکوب شدیدی روی تشکیل COها وجود دارد. در ژنگان آرابیدوپسیس، دو ژن Mus81 وجود دارند. ثابت شده که یکی از این ژنها در ترمیم DNA نقش داشته و در تشکیل 9 درصد از COهای میوزی مشارکت دارد.
6- جستجوی هومولوژی، جفت شدن و سیناپسیس کروموزومهای هومولوگ: مهمترین موضوع در مطالعه میوز، بررسی پدیدههای مولکولی دخیل در شناسایی و جفت شدن کروموزومهای هومولوگ است. عواملی مانند شکل ظاهری کروموزوم، توزیع توالیهای نوکلئوتیدی خاص در DNA و پروتئینهای متصل به DNA میتوانند در شناخت کروموزومهای هومولوگ نقش داشته باشند، اما سازوکارهای مولکولی این فرآیند پیچیده خیلی کم مطالعه شده است. با خوشهبندی تلومرها روی غشای هسته، تشکیل ساختار "دسته گل" و ردیف شدن کروموزومی میتوان از انطباق موقعیت نسبی مکانهای هومولوگ در هسته اطمینان حاصل کرد، اما شناسایی مکانهای هومولوگ و جذب متقابل آنها باید سازوکار مولکولی داشته باشد. جستجوی متقابل مکانهای ژنی هومولوگ با نوترکیبی همبستگی زیادی دارد. در حقیقت، نوترکیبی میتواند روشی برای جستجوی هومولوژی در گیاهان باشد. پروتئین RAD51 در فرآیند شناسایی متقابل و جفت شدن کروموزومهای هومولوگ نقش دارد. جهشیافتههای pam1 و dsy1 موارد استثنایی هستند که در آنها توزیع RAD51 با سیناپس مختل شده کروموزومهای هومولوگ همراه است. در ذرت، ژن منحصر به فرد PHS1 وظیفه بارگذاری آنزیمهای نوترکیبی روی کروموزومها را دارد. ژن PHS1 پروتئینی را رمزگذاری میکند که با پروتئینهای شناخته شده در موجودات دیگر شباهت قابل توجهی ندارد. در چاودار نیز جهش sy3 از تکمیل سیناپس در پروفاز 1 جلوگیری میکند.
7- سرهم بندی کمپلکسهای سیناپتونمالی (SC): فرآیند برهمکنش کروموزومهای هومولوگ در چهار مرحله انجام میشود: جستجوی هومولوژی، انطباق سیناپتیک، جفت شدن و سیناپسیس، یعنی سرهم بندی SC. تشکیل SC مرحله نهایی و تعیینکننده در برهمکنش کروموزومهای هومولوگ است. تشکیل ناقص سیناپتونمال کمپلکس شایعترین نقص در جهشیافتههای میوزی است. به عنوان مثال، در جهشیافتههای syn1 آرابیدوپسیس و afd1 ذرت، در نبود یک جزء اصلی کمپلکس کوهسین (یعنی REC8)، سرهم بندی SC اتفاق نمیافتد. این وضعیت نشاندهنده وابستگی شروع سرهم بندی SC به انقباض مناسب کروماتید خواهری است. ژنهایی که پروتئینهای ساختاری اجزای SC را رمزگذاری میکنند، به طور مستقیم روی سرهم بندی SC تأثیر میگذارند. تا به امروز، این جهشهای ژنی در ذرت ناشناخته مانده اند، اما در آرابیدوپسیس و برنج شناسایی شده اند. در جهشیافتههای asy1، سیناپسیس کروموزومهای هومولوگ در پروفاز 1 مختل شده است. اخیرا، هومولوگ این ژن در برنج (PAIR2) شناسایی شد. جهشیافتههایasy1 آرابیدوپسیس فنوتیپ سیتولوژیکی بدون سیناپسیس دارند، اما با داشتن کیاسماتای منفرد شناسایی میشوند. فنوتیپ برجستهتر جهشیافتههای pair2 برنج فقدان سیناپسیس است. یکی از خصوصیات جهشیافتههای چاودار بدون سیناپسیس (یعنی sy9)، اختلال در بارگیری پروتئین ASY1 روی محورهای کروموزوم است. علاوه بر این، در چاودار جهش منحصر به فرد mei6 توصیف شده که باعث نقص در ساختار عناصر جانبی SC میشود. پیشنهاد شده که چنین ناهنجاریهایی یا ناشی از تغییرات ساختاری پروتئینهای تشکیلدهنده عناصر جانبی SC و یا ناشی از خطاهای موجود در خود- سرهم بندی این پروتئینها است. در آرابیدوپسیس، دو ژن ZYP1a و ZYP1b توصیف شده اند که اجزای عنصر مرکزی SC (CE) را رمزگذاری میکنند. هر دو پروتئین فقط در پروفاز 1 حضور دارند. ثابت شده که بارگذاری پروتئین AtZYP1 در محور کروموزوم برای شروع نوترکیبی ضروری است. با نبود هر دو پروتئین AtZYP1a و AtZYP1b، میوز به تاخیر میافتد و جفت شدن و سیناپس کروموزومها در اکثر سلولهای میوزی رخ نمیدهد. در غیاب هر دو پروتئین AtZYP1، کیاسماتای بین کروموزومهای هومولوگ و غیرهومولوگ تشکیل میشود، یعنی عدم وجود ZYP1 در آرابیدوپسیس، امکان نوترکیبی بین نواحی کروموزومی غیرهومولوگ را فراهم میکند. در جهشیافتههای dsy2، تعداد DSBهای هسته سلول میوزی و تعداد کانونهای پروتئین نوترکیب RAD51 به طور قابل توجهی کاهش مییابد و سیناپسیس کروموزومها به طور کامل رخ نمیدهد. ثابت شده که DSY2 نه تنها در تشکیل DSB مشارکت دارد بلکه به عنصر مرکزی عناصر جانبی SC نیز میپیوندد.
8-جفت شدن کروموزومها و سیناپسیس در پلی پلوئیدها: در گندم نان، ژن Ph1 شناسایی شده که جفت شدن کروموزومهای هومولوگ را هماهنگ میکند و لذا در پاکیتن، فقط بیوالنتهای کروموزومهای هومولوگ مشاهده شوند. در جهشیافتههای ph1 اینکار مختل میشود زیرا بسیاری از مولتی والنتها تا زمان متافاز 1 حفظ میشوند. با اینحال، این آلل وحشی مانع از برهمکنش کروموزومهای غیرهومولوگ (هومیولوگ) در غیاب یک جفت هومولوگ در دورگهای گندم-چاودار نمیشود. اینحالت نشان میدهد که جدایی بین هومولوگها و هومیولوگها بلافاصله رخ نمیدهد بلکه بعد از شروع مرحله جفت شدن کروموزومها اتفاق میافتد. با توجه به این مسئله، ژن Ph1 برای ممانعت از جفت شدن نادرست ضروری است.
9- باز شدن انقباض کروماتید خواهری و عملکرد پروتئینهای شوگوشین: باز شدن انقباض کروماتید خواهری در یوکاریوتها توسط آنزیم سپاراز انجام میشود که به طور اختصاصی پروتئین RAD21/REC8 را شکسته و منجر به باز شدن حلقه پیچیده کوهسین میشود. باز شدن انقباض کروماتین خواهری در اواخر پروفاز 1 برای جدا شدن مناسب کروموزومهای هومولوگ در تقسیم کاهشی ضروری است. آنزیم سپاراز در گیاهان مطالعه نشده است. با اینحال، در آرابیدوپسیس برخی از اجزای رایج آبشار واکنشی که برای باز شدن انقباض لازم هستند، شناخته شده اند. به عنوان مثال، ژن ASK1 در آرابیدوپسیس شناسایی شده است. جهشیافتههای ask1-1 پیشروی متافاز 1 عادی دارند اما تفکیک کروموزومها در آنافاز 1 آنها مختل میشود. بررسی دوک تقسیم نشان داد که در جهشیافتهها دوکها آسیب ندیدهاند. بنابراین، ناهنجاریهای آنافاز 1 در جهشیافتههای ask1-1 شامل عدم تفکیک هومولوگها همراه با دوک تقسیم سالم است. پروتئین REC8 گیاهی موجود در نواحی پریسنتریک کروموزوم توسط پروتئینهای خاصی بنام شوگوشینها (SGO) از برش نابهنگام محافظت میشود. در میوز طبیعی ذرت، پروتئین ZmSGO1 از مرحله لپتوتن تا تلوفاز 1 در نواحی پری سنتریک کروموزوم حضور دارد ولی در جهشیافتههای zmsgo1، این پروتئین حضور ندارد که منجر به از بین رفتن زودهنگام انقباض در محل سانترومر کروماتید خواهری در متافاز 1 میشود. در آرابیدوپسیس و برنج، پروتئینهای شوگوشینAtSGOL1 ، AtSGOL2 و OsSGO1 شناسایی شده اند.
10- ورود به میوز 2: در آرابیدوپسیس، پروتئین OSD1 شناسایی شده که ورود به تقسیم دوم میوز را کنترل میکند. در جهشیافتههای osd1-1 و osd1-2، اولین تقسیم میوزی عادی است اما تقسیم دوم میوز رخ نمیدهد. نتیجه میوز غیرعادی در چنین جهشیافتههایی، دیادهای دیپلوئیدی میکرو و مگاسپورهاست. در یک آزمایش دشوار، محققان آرابیدوپسیس، با استفاده از تلاقیهای متوالی، ژنهایosd1 ، rec8 و spo11-1 را در یک ژنوتیپ ترکیب کردند. در جهشیافتههای سه گانه بدست آمده، میوز به طور کامل جایگزین میتوز شد. ژنوتیپ جهشیافته spo11-1/rec8/osd1، MiMe (میتوز به جای میوز) نامیده شد. اخیرا، با استفاده از جهش در میوز، برنج با ژنوتیپ MiMe بدست آمده است.
نتیجهگیری
تا امروز، در مجموع 39 ژن ویژه میوز در ذرت، 28 ژن در برنج و حدود 80 ژن در آرابیدوپسیس شناسایی شده است. مقایسه ژنهای میوزی غلات، ذرت و برنج با ژنهای گیاه آرابیدوپسیس نشان میدهد که مجموعه ای از ژنها با بروز فنوتیپی مشابه در میوز وجود دارند. این ژنها شامل MAC1 ذرت،TDL1 برنج، TPD1 آرابیدوپسیس، AM1 ذرت، SWI1؛ AFD1/ZmREC8 و SYN1/AtREC8، ASY1 آرابیدوپسیس و PAIR2 برنج و دیگر ژنها هستند. جهش در این ژنها منجر به ناهنجاریهای مشابه در ساختار و رفتار کروموزومها در طی میوز میشود. بررسی بیوانفورماتیکی میتواند تفاوتهای موجود در ساختار داخلی ژنها و مناطق تنظیمی آنها را تشخیص دهد. علاوه بر این، مطالعات ترانسکریپتوم امکان تشخیص تفاوتها در سطح بیان ژن در مراحل مختلف میوز و نیز تشخیص تفاوتها در سطح پیرایشهای منعکس شده را دارند.
[1] Arabidobsis thaliana
2004, vol. 16, no. 8, pp. 1968–1978. 101. Bleuyard, J.-Y., Gallego, M.E., and White, C.I., Meiotic defects in the Arabidopsis rad50 mutant point to conservation of the MRX complex function in early stages of meiotic recombination, Chromosoma, 2004, vol. 113, no. 4, pp. 197–203.
at anaphase I and by PATRONUS at interkinesis, Curr. Biol., 2013, vol. 23, no. 21, pp. 2090–2099.