O plantă din Brazilia se reproduce sexual, dar fără recombinare genetică, generând clone
Reproducerea sexuală presupune, de regulă, o nouă combinație a informației genetice, astfel încât descendenții diferă de părinți. Un mic organism vegetal urmează însă o cale neașteptată, potrivit unui studiu publicat în revista Nature.
Echipa internațională condusă de André Marques la Institutul Max Planck pentru Cercetarea Reproducerii Plantelor din Köln a arătat că specia Rhynchospora tenuis, o rogoz din Brazilia, se reproduce sexual — produce polen, fertilizează celulele ou și formează semințe — dar a pierdut complet schimbul de ADN între cromozomii moșteniți de la fiecare părinte.
Descendenții păstrează aceeași constituție genetică precum plantele-mamă, imitând în fapt reproducerea clonală.
Majoritatea organismelor care se reproduc sexual se bazează pe meioză, o formă specializată de diviziune celulară care produce celulele reproducătoare. În timpul meiozei, cromozomii omologi moșteniți de la fiecare părinte schimbă segmente de ADN. Aceste schimburi generează diversitate genetică și asigură separarea corectă a cromozomilor; fără ele, fertilitatea poate fi afectată.
Studii citologice anterioare sugerau că meioza masculină la R. tenuis se desfășoară fără astfel de schimburi. Rămânea însă neclar dacă recombinarea genetică lipsește la ambele sexe și, dacă da, cum reușește planta să asigure totuși separarea corectă a cromozomilor și să își mențină fertilitatea.
Rhynchospora tenuis pare să fi depășit această problemă. Printre plantele cu flori, specia are cel mai mic număr cunoscut de cromozomi. Cromozomii săi au și o organizare neobișnuită — activitatea centromerului se extinde pe toată lungimea cromozomului, ceea ce se numește cromozomi holocentrici. În plus, planta realizează meioza într-o ordine inversată, o cale alternativă de diviziune celulară, separând copiile duplicate ale cromozomilor înainte de a separa perechile lor corespondente. Împreună, aceste particularități ale arhitecturii genomice ar putea permite continuarea reproducerii chiar și fără schimburi de material genetic.
Cercetarea puzzle-ului reproducător
Cercetătorii au combinat ansambluri genomice detaliate provenite de la nouă plante colectate în Brazilia cu imagistica cromozomilor, secvențierea nucleilor individuali de polen și experimente de încrucișare controlată.
Analizând peste 10.000 de nuclei de polen, echipa nu a detectat niciun schimb de material genetic și nu a obținut dovezi ale unor schimburi de cromozomi nici pe calea reproducătoare feminină. Folosind abordări independente de analiză citologică, genomică, la nivel de celulă unică și de dezvoltare, rezultatele oferă dovezi pentru absența completă a schimburilor de material genetic în meioza masculină și feminină — o combinație documentată pentru prima dată la o specie care se reproduce sexual.
O cale selectivă către generația următoare
În mod surprinzător, echipa a descoperit că moștenirea este puternic influențată. Unele cromozomi au crescut în dimensiune prin acumularea de elemente transpozabile, secvențe de ADN care se pot copia și insera în alt loc al genomului, cunoscute drept „gene săltărețe”. Acești cromozomi mai mari au fost transmisi preferențial atât prin polen, cât și prin celulele ou.
Între timp, schimburile de segmente terminale de cromozomi au creat diferențe structurale care restricționează ce combinații pot contribui cu succes la generația următoare.
„Dincolo de întrebarea evolutivă, controlul recombinării este un obiectiv de lungă durată în ameliorarea plantelor: fixarea unui genotip hibrid performant, astfel încât să fie transmis neschimbat prin semințe, este exact ceea ce realizează în mod natural R. tenuis, iar înțelegerea modului în care o face poate informa strategiile viitoare de ameliorare”, spune Marques.
Analize suplimentare au relevat o selecție puternică după fertilizare: aproximativ 87% dintre semințe se abortează, iar doar descendenții care reconstituie combinația heterozigotă parentală de cromozomi — păstrând două versiuni diferite ale genomului — supraviețuiesc, rezultând un rezultat asemănător clonării.
Deoarece anumite versiuni de cromozomi sunt favorizate sistematic în timpul formării celulelor sexuale, iar doar semințele care poartă combinația corectă de cromozomi supraviețuiesc, fiecare descendent care ajunge la maturitate este genetic identic cu planta-mamă: reproducere sexuală care produce clone.
Descoperirea extinde înțelegerea flexibilității reproducerii plantelor și rescrie granița dintre reproducerea sexuală și cea clonală.
