В обзоре Coulter за 2019 год «Полиплоидия, нуклеотип и новизна: влияние удвоения генома на биологию клетки», опубликованном в Международном журнале наук о растениях (180:1-52), Джефф Дж. Дойл и Джереми Э. Коут исследуют влияние удвоения генома на клеточную биологию и создание новых растений.
Полиплоидия, или наличие более двух хромосом в клетке, характерна для многих видов растений. Это «удвоение генома» порождает эволюционную новизну и является главным фактором появления новых видов. Однако то, как полиплоидия изменяет клетки для создания новизны, сложно, и, как показывают Дойл и Коут, не совсем понятно даже на фундаментальном уровне. Однако быстро развивающаяся технология позволит исследователям пролить свет не только на эту неотъемлемую часть эволюции и биологии растений, но и на функцию клеток в целом.
Многие из задокументированных эффектов удвоения генома на клетки, такие как увеличение размера клетки, объема ядра и продолжительности клеточного цикла, предположительно являются «нуклеотипическими» эффектами, вызванными изменениями в объеме ДНК независимо от генотипа. Дойл и Коут обновили наше понимание нуклеотипа и других механизмов, с помощью которых удвоение генома может изменить клеточную биологию, подчеркнув результаты исследований синтетических аутополиплоидов и связав их с текущим состоянием знаний в области клеточной биологии.
Размер клетки особенно интересовал авторов, поскольку он тесно связан с удвоением генома. Хотя уже давно известно, что размер генома и размер клетки коррелируют, недавняя работа показывает, что эта корреляция зависит от типа клеток, а факторы, которые контролируют размер клетки, будь то полиплоидия или что-то другое, остаются загадочными.
Дойл и Коут пишут, что они надеялись, что давно существующая литература по клеточной биологии будет содержать ответы на то, как полиплоидия действует на клеточном уровне. «Вместо этого мы обнаружили, что на эти вопросы, а также на множество других вопросов, необходимых для решения вопроса о том, что полиплоидия «делает», еще предстоит дать удовлетворительный ответ», - пишут они. «Во многих случаях существуют конкурирующие теории, и часто не хватает убедительных данных даже в зрелых модельных системах, таких как человек и дрожжи, или в лучших моделях растений, таких как арабидопсис и кукуруза, не говоря уже о немодельных системах. виды растений."
Авторы предполагают, что для того, чтобы понять полиплоидию, а также клеточную функцию в целом, исследователи должны сместить свое внимание на количественные данные, такие как временное разрешение, константы скорости и локальные концентрации молекул, при анализе полиплоидов против их диплоидных предшественников.
Дойл и Коут излагают вопросы, касающиеся дальнейших исследований полиплоидии. К ним относятся то, как скученность ядер зависит от размера ядра у разных типов клеток и видов, влияет ли полиплоидия на стабильность белка и являются ли изменения размера транскриптома, связанные с полиплоидией, реакцией на увеличение объема ядра или наоборот..
«Существует технология, позволяющая решать такие вопросы количественно, с постоянно растущей точностью и во все уменьшающихся масштабах вплоть до отдельных клеток и молекул», - пишут они. «Теперь мы готовы ответить на эти вопросы и понять, что «делает» полиплоидия».