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Na maioria dos organismos superiores, incluindo humanos, cada célula carrega duas versões de cada gene, que são chamadas de alelos. Cada pai passa um alelo para cada filho. Como eles estão ligados entre si nos cromossomos, os genes adjacentes geralmente são herdados juntos. No entanto, isso nem sempre é o caso. Por quê?
A resposta é a recombinação, um processo que embaralha o conteúdo de alelos entre cromossomos homólogos durante a divisão celular. Mecanicamente, a recombinação é conseguida por cruzamentos, onde os cromossomos homólogos entram em contato, resultando na troca de material genético.
Os cruzamentos há muito fascinam cientistas e especialmente criadores de plantas porque a manipulação do processo de cruzamento oferece o potencial de aumentar a diversidade genética e de reunir combinações desejadas de alelos que aumentam a produtividade das culturas. Os cruzamentos estão sujeitos a um “princípio Goldilocks”; pelo menos um é necessário por par de cromossomos para uma reprodução sexual bem-sucedida; na verdade, a falta de cruzamentos é uma das principais causas da trissomia humana, como no caso da Síndrome de Down. Os números de cruzamento também são rigidamente regulamentados e geralmente não excedem três. Esse limite no número de cruzamentos e, portanto, na recombinação, é alcançado pela interferência de cruzamentos, um fenômeno pelo qual os cruzamentos inibem cruzamentos adicionais em sua vizinhança. No entanto, como essa interferência funciona permanece um mistério desde que foi descrita pela primeira vez há cerca de 120 anos.
Novo modelo de interferência de crossover
Agora, uma equipe liderada por Raphael Mercier no Max Planck Institute for Plant Breeding Research em Colônia, Alemanha, encontrou evidências convincentes em apoio a um modelo recentemente proposto de interferência cruzada. Mercier e sua equipe, juntamente com colaboradores, em trabalho liderado por Stéphanie Durand, Qichao Lian e Juli Jing, alcançaram esses insights manipulando a expressão de proteínas conhecidas por estarem envolvidas na promoção de cruzamentos ou na conexão de cromossomos na planta modelo Arabidopsis thaliana, uma espécie que Mercier e seus colegas usam para obter insights fundamentais sobre os mecanismos da hereditariedade. O aumento da expressão da proteína pró-crossover HEI10 resultou em um aumento significativo nos cruzamentos, assim como a interrupção da expressão da proteína ZYP1, um constituinte do complexo sinaptonêmico, uma estrutura proteica que se forma entre cromossomos homólogos.
Quando os cientistas combinaram as duas intervenções, ficaram surpresos ao observar um aumento maciço nos cruzamentos, mostrando que a dosagem de HE10 e ZYP1 controlam conjuntamente o padrão de CO. É importante ressaltar que o aumento maciço de cruzamentos dessa maneira mal afetou a divisão celular.
O aumento considerável nos cruzamentos ao aumentar os níveis de HEI10 combina bem com um modelo emergente de como o número de cruzamentos é regulado. Este modelo, formulado por David Zwicker e sua equipe no Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization em Göttingen, Alemanha, é baseado na difusão da proteína HEI10 ao longo do complexo sinaptonêmico e um processo de engrossamento levando a focos HEI10 bem espaçados que promover cruzamentos. No modelo, HEI10 inicialmente forma múltiplos pequenos focos e é progressivamente consolidado em um pequeno número de grandes focos que co-localizam com sítios de cruzamentos. Neste modelo simples, aumentar os níveis de HEI10 resultará em mais focos e, portanto, mais cruzamentos; assim, a formação de gotículas ao longo de um eixo parece ser o determinante dos sítios de cruzamento.
Mercier está entusiasmado com as descobertas da equipe, mas também já está olhando para o futuro: “Esses resultados são uma visão empolgante de um processo que confundiu os cientistas por mais de cem anos. Em seguida, queremos entender melhor o que controla a dinâmica das gotículas HEI10 e como eles promovem cruzamentos. Se pudermos entender melhor como o processo funciona, isso pode nos permitir aumentar seletivamente a recombinação durante o melhoramento de plantas, permitindo a montagem de combinações de alelos benéficos que permaneceram fora de alcance.”
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Max Planck Gesellschaft. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
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