Dzika róża (Rosa canina), gatunek dzikiej róży, ma pentaploidalny genom z 35 chromosomami. Ma nieparzystą liczbę chromosomów, ale może rozmnażać się płciowo dzięki unikalnej formie podziału komórkowego zwanej „mejozą psią”, w której tylko dwa zestawy chromosomów przechodzą regularny podział mejotyczny, podczas gdy pozostałe 21 chromosomów jest asymetrycznie zatrzymywanych przez komórkę jajową. Zapłodnienie tetraploidalnej komórki jajowej haploidalnym pyłkiem prowadzi do powstania pentaploidalnego potomstwa. Mechanizm stojący za tą asymetryczną mejozą obserwowaną u dzikich róż był nieznany. W niedawnym badaniu naukowcy odkryli, że rozmiary centromerów odgrywają decydującą rolę w określeniu, czy chromosom utworzy biwalent, czy pozostanie niesparowany. Chromosomy o mniejszych rozmiarach centromerów tworzą pary i dzielą się symetrycznie, podczas gdy chromosomy o większych rozmiarach centromerów pozostają niesparowane i są zatrzymywane przez komórkę jajową. Ma to istotne znaczenie w hodowli roślin, gdyż wprowadzenie odpowiednich zmian w rozmiarach centromeru oznacza odziedziczenie pożądanego chromosomu.
Liczba chromosomów u potomstwa musi pozostać taka sama jak u rodziców, aby zapewnić ciągłość i integralność puli genowej. Aby to zapewnić, gonady u większości wyższych zwierząt i roślin przechodzą symetryczny podział mejotyczny, w wyniku którego powstają haploidalne gamety zawierające równą liczbę chromosomów (n), tak aby pierwotna diploidalna liczba (2n) została przywrócona w zygocie po zapłodnieniu komórki jajowej przez gametę męską. Na przykład ludzie mają 23 pary (2n=46) chromosomów. Podział mejotyczny w gonadach symetrycznie wytwarza haploidalne komórki jajowe i plemniki z (n=23), tak aby pierwotna diploidalna liczba (2n=46) została przywrócona w zygocie po zapłodnieniu. Dzieje się tak w przypadku większości gatunków roślin i zwierząt rozmnażających się płciowo. Mają one parzystą liczbę chromosomów. Jednak rozmnażanie płciowe u dzikiej róży jest wyjątkowe.
Dzika róża (Rosa canina), pospolity gatunek pnącza, ma genom pentaploidalny, tj. pięć zestawów chromosomów, z których każdy składa się z 7 chromosomów. Roślina ma nieparzystą liczbę chromosomów, wynoszącą łącznie 35, ale może rozmnażać się płciowo dzięki asymetrycznej formie mejozy komórkowej zwanej „mejozą canina”, w której tylko dwa zestawy chromosomów (=14) tworzą biwalenty i przechodzą regularny podział mejotyczny, podczas gdy reszta chromosomów (=21) jest zatrzymywana przez komórkę jajową.
W mejozie u psów niektóre chromosomy pozostają niesparowane (jednowartościowe), podczas gdy inne tworzą pary (biwalentne). Niesparowane chromosomy są eliminowane w spermatogenezie, co prowadzi do powstania haploidalnego ziarna pyłku, zawierającego jedynie chromosomy pochodzące z dwuwartościowych komórek. Natomiast w oogenezie komórka jajowa otrzymuje jeden zestaw chromosomów pochodzących z dwuwartościowych komórek i wszystkie 21 niesparowanych chromosomów, co czyni komórkę jajową tetraploidalną. Zapłodnienie tetraploidalnej komórki jajowej haploidalnym pyłkiem (z chromosomami pochodzącymi z dwuwartościowych komórek) przywraca genom pentaploidalny (5n) u potomstwa. W ten sposób potomstwo dogrose jest w większości klonowane i częściowo rozmnaża się płciowo. Ta unikalna forma rozmnażania jest znana od stulecia, jednak jej mechanizm był nieznany.
W niedawnym badaniu naukowcy zbadali, jak celowany transport niesparowanych chromosomów do komórek jajowych odbywa się podczas oogenezy u dogrosów. Stwierdzili oni udział rozmiarów centromerów w chromosomach. Większe centromery znajdowano głównie w chromosomach niesparowanych, podczas gdy centromery tworzące biwalenty były wzbogacone o retrotranspozony. Dowody sugerują, że rozmiar centromeru chromosomu decyduje o tym, czy chromosom utworzy biwalent, czy pozostanie niesparowany i pozostanie w komórce jajowej podczas asymetrycznej oogenezy. Chromosomy o małych rozmiarach centromerów tworzą biwalenty i ulegają symetrycznemu podziałowi, podczas gdy te o dużych rozmiarach centromerów pozostają niesparowane i są asymetrycznie zatrzymywane w komórce jajowej. Ma to istotne znaczenie dla hodowli roślin, ponieważ wprowadzenie odpowiednich zmian w rozmiarach centromerów oznaczałoby dziedziczenie pożądanego chromosomu.
***
Referencje:
- Lunerová J. i in. 2020. Asymetryczna mejoza u psów jest związana z ekspansją satelity perycentromerowego w nierekombinowanych jednowartościowych chromosomach w rodzaju Rosa. Annals of Botany, tom 125, numer 7, 4 czerwca 2020 r., strony 1025–1038, data publikacji: 25 lutego 2020 r. DOI: https://doi.org/10.1093/aob/mcaa028
- Herklotz, V., Zhang, M., Nascimento, T. i in. Bimodalne centromery w pentaploidalnych dogrozach rzucają światło na ich unikalną mejozę. Nature (2025). Opublikowano 18 czerwca 2025 r. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09171-z
- Max-Planck-Gesellschaft. DRIVE TO SURVIVE: Pozornie niemożliwa reprodukcja dogrose opiera się na triku centromeru. Opublikowano 18 czerwca 2025 r. Dostępne na https://www.mpipz.mpg.de/pr-marques-2025-06-en
***
