Шиповник (Rosa canina), дикая роза, имеет пентаплоидный геном с 35 хромосомами. Несмотря на нечетное число хромосом, он способен к половому размножению благодаря уникальной форме клеточного деления , называемой «мейозом шиповника», при которой только два набора хромосом подвергаются обычному мейотическому делению, а остальные 21 хромосома асимметрично сохраняются в яйцеклетке. Оплодотворение тетраплоидной яйцеклетки гаплоидной пыльцой приводит к появлению пентаплоидного потомства. Механизм этого асимметричного мейоза, наблюдаемого у шиповника, ранее был неизвестен. В недавнем исследовании ученые обнаружили, что размер центромеры играет решающую роль в определении того, образует ли хромосома бивалент или остается непарной. Хромосомы с меньшим размером центромеры образуют пары и делятся симметрично, в то время как хромосомы с большим размером центромеры остаются непарными и сохраняются в яйцеклетке. Это имеет важное значение для селекции растений, поскольку внесение соответствующих изменений в размеры центромеры означает наследование желаемой хромосомы.
Число хромосом у потомков должно оставаться таким же, как у родителей для непрерывности и целостности генофонда. Для обеспечения этого гонады у большинства высших животных и растений подвергаются симметричному мейотическому делению клеток, в результате которого образуются гаплоидные гаметы, содержащие одинаковое число хромосом (n), так что исходное диплоидное число (2n) восстанавливается в зиготе после оплодотворения яйцеклетки мужской гаметой. Например, у людей 23 пары (2n=46) хромосом. Мейотическое деление в гонадах симметрично производит гаплоидные яйцеклетки и сперматозоиды с (n=23), так что исходное диплоидное число (2n=46) восстанавливается в зиготе после оплодотворения. Это имеет место у большинства половых размножающихся видов растений и животных. У них четное число хромосом. Однако половое размножение у шиповника уникально.
Шиповник собачий (Rosa canina), распространённый вид вьющегося растения рода дикая роза, имеет пентаплоидный геном: пять наборов хромосом, по 7 хромосом в каждом. У растения нечётное число хромосом – всего 35, – однако оно способно к половому размножению благодаря асимметричной форме мейотического деления клеток, называемой «мейозом собачьим», при которой только два набора (=14) хромосом образуют биваленты и подвергаются обычному мейотическому делению, в то время как остальные (=21) хромосомы сохраняются в яйцеклетке.
В мейозе у собачьих (Canina) некоторые хромосомы остаются непарными (униваленты), а некоторые образуют пары (биваленты). Непарные хромосомы элиминируются в процессе сперматогенеза, в результате чего образуется гаплоидное пыльцевое зерно, содержащее только хромосомы, полученные из бивалентов. В оогенезе же яйцеклетка получает один набор хромосом, полученных из бивалентов, и все 21 непарную хромосому, что делает яйцеклетку тетраплоидной. Оплодотворение тетраплоидной яйцеклетки гаплоидной пыльцой (с хромосомами, полученными из бивалентов) восстанавливает пентаплоидный (5n) геном у потомства. Таким образом, потомство шиповника в основном клонируется и частично размножается половым путем. Эта уникальная форма размножения известна уже столетие, однако ее механизм оставался неизвестным.
В недавнем исследовании учёные изучили, как целенаправленный транспорт непарных хромосом в яйцеклетки происходит во время оогенеза у шиповника. Они обнаружили участие размеров центромер хромосом. Более крупные центромеры были обнаружены в основном в непарных хромосомах, в то время как центромеры, образующие биваленты, были обогащены ретротранспозонами. Данные свидетельствуют о том, что размер центромеры хромосомы определяет, сформирует ли хромосома бивалент или останется непарной, чтобы сохраниться в яйцеклетке во время асимметричного оогенеза. Хромосомы с небольшими размерами центромер образуют биваленты и подвергаются симметричному делению, в то время как хромосомы с большими размерами центромер остаются непарными и сохраняются асимметрично в яйцеклетке. Это важно для селекции растений, поскольку внесение соответствующих изменений в размеры центромер будет означать наследование желаемой хромосомы.
Ссылки:
- Лунерова Й. и др. 2020. Асимметричный мейоз у канины сопровождается расширением прицентромерного сателлита в нерекомбинирующих унивалентных хромосомах рода Rosa. Annals of Botany, том 125, выпуск 7, 4 июня 2020 г., страницы 1025–1038. Дата публикации: 25 февраля 2020 г. DOI: https://doi.org/10.1093/aob/mcaa028
- Херклоц, В., Чжан, М., Насименто, Т. и др. Бимодальные центромеры пентаплоидных шиповников проливают свет на их уникальный мейоз. Nature (2025). Опубликовано 18 июня 2025 г. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09171-z
- Общество Макса Планка. СТРЕМЛЕНИЕ К ВЫЖИВАНИЮ: Кажущееся невозможным размножение шиповника основано на хитрости центромеры. Опубликовано 18 июня 2025 г. Доступно на https://www.mpipz.mpg.de/pr-marques-2025-06-en
