Zespół prof. Piotra Ziółkowskiego z Wydziału Biologii UAM odkrył uniwersalny mechanizm regulujący crossing-over – proces wymiany DNA między chromosomami. Zjawisko, dotąd uważane za specyfikę Arabidopsis, potwierdzono również u kukurydzy. To otwiera przed hodowlą roślin nowe możliwości szybszego łączenia korzystnych cech bez użycia inżynierii genetycznej.
Wszystkie rośliny – od niepozornej rzodkiewki po gigantyczne drzewa – zawdzięczają swoją różnorodność jednemu, subtelnemu mechanizmowi: crossing-over, czyli wymianie fragmentów DNA między parami chromosomów w czasie powstawania komórek płciowych. To właśnie dzięki temu procesowi każda roślina (i każde dziecko!) jest niepowtarzalną mieszanką genów rodziców. Dla hodowców ma to ogromne znaczenie: bez crossing-over nie da się łączyć korzystnych cech, takich jak odporność na choroby i wysoki plon.
Naukowcy od lat wiedzą, że nie wszystkie fragmenty genomu mają jednakowe „szanse” na crossing-over. Zwykle różnice w sekwencji DNA (polimorfizmy) między parami chromosomów utrudniają crossing-over. Jednak u Arabidopsis, modelowej rośliny badawczej, odkryto zaskakujące zjawisko: jeśli niewielki heterozygotyczny fragment chromosomu (różny u obojga rodziców) otoczony jest przez długie odcinki homozygotyczne (identyczne), to właśnie tam częściej dochodzi do crossing-over.
Dotąd sądzono, że to specyfika Arabidopsis – rośliny samopylnej o niewielkim genomie. Tymczasem w najnowszym badaniu kierowanym przez zespół prof. Piotra Ziółkowskiego, we współpracy z zespołem hodowlanym w Mołdawii, opublikowanym w prestiżowym Nature Plants, udało się wykazać, że ten sam mechanizm działa także w kukurydzy – gatunku obcopylnym o olbrzymim, pełnym powtórzeń, genomie. Badacze skonstruowali specjalne linie izogeniczne (NILs) i śledzili segregację markerów genetycznych w tysiącach nasion. Okazało się, że gdy heterozygotyczny fragment leży w otoczeniu homozygotycznym, częstość crossing-over rośnie nawet trzykrotnie – i to zarówno w mejozie męskiej (pyłek), jak i żeńskiej (zalążki).
Co więcej, efekt jest najsilniejszy wtedy, gdy granica między fragmentem homozygotycznym a heterozygotycznym znajduje się tuż obok badanego regionu. Jeśli zaś w heterozygotycznym odcinku „wstawi się” mały blok homozygotyczny, rekombinacja zostaje zahamowana. To wskazuje, że mechanizm polega raczej na przesuwaniu crossing-over z jednych obszarów chromosomu do innych, niż na tworzeniu dodatkowych zdarzeń „z niczego”.
Dlaczego to ważne? Bo dotyczy dwóch roślin oddzielonych ewolucyjnie o ok. 140 milionów lat – Arabidopsis i kukurydzy. Sugeruje to uniwersalny mechanizm w świecie roślin. A dla hodowców to bardzo praktyczna wiadomość: wystarczy mądrze dobrać linie rodzicielskie, by skierować crossing-over w wybrane miejsce genomu – bez modyfikacji genetycznych i bez ryzyka zaburzeń podziału chromosomów.
W praktyce oznacza to możliwość szybszego łączenia pożądanych cech w odmianach uprawnych. Zwłaszcza dziś, gdy dzięki sekwencjonowaniu wysokoprzepustowemu dysponujemy tysiącami dobrze scharakteryzowanych linii, odkrycie efektu „sąsiedztwa hetero- i homozygotycznych regionów” otwiera nowe drogi w projektowaniu krzyżówek. To nie tylko naukowa ciekawostka, lecz potencjalny przełom w nowoczesnej hodowli roślin.
Link do artykułu w Nature Plants: https://www.nature.com/articles/s41477-025-02085-8
Zobacz też: Prof. Ziółkowski. Kolejna publikacja w Nature Communications
