Мейоз – это фундаментальный биологический процесс, обеспечивающий достоверную передачу генетического материала от одного поколения к другому. Процесс мейоза делится на два последовательных раунда деления клеток, мейоз I и мейоз II. Мейозу I предшествует длительная профаза, во время которой гомологичные хромосомы узнают друг друга и спариваются. Во время этой расширенной профазы происходят многочисленные биологические процессы. Помимо спаривания гомологичных хромосом, эти хромосомы также подвергаются процессу, называемому синапсом. Синапс включает в себя образование белкового комплекса, известного как синаптонемный комплекс, который соединяет гомологичные хромосомы по их длине. Синаптонемный комплекс способствует гомологичной рекомбинации с последующим обменом генетическим материалом между гомологичными хромосомами и образованием кроссинговеров. Они устанавливают физическую связь между гомологичными хромосомами, способствуя их правильному выравниванию и сбалансированной сегрегации 1,2.
Известно, что во время распознавания гомологичных хромосом важную роль играют быстрые движения профазных хромосом (RPM). Исследования, проведенные на нескольких модельных видах, показали, что во время лептотена хромосомы прикрепляются к ядерной оболочке (NE). Они соединены с цитоплазматическим цитоскелетом через NE, через белковый комплекс LINC (Linker of Nucleoskeleton and Cytoskeleton)3. Силы, генерируемые в цитоплазме, передаются хромосомам через комплекс LINC, обеспечивая движение хромосом.
Изучение RPM имеет важное значение для понимания фундаментальных механизмов мейоза, особенно тех, которые участвуют в распознавании гомологичных хромосом. Однако для изучения этих движений требуются специальные эксперименты с визуализацией в реальном времени. Большинство исследований с визуализацией в реальном времени у A. thaliana сосредоточены на соматических тканях и вегетативных органах. Эти исследования были проведены для того, чтобы определить, как клетки дают начало органам4. Такие исследования проводились на меристемах5и корнях6. В последнее время несколько команд разработали методы наблюдения за развитием цветков, включая мейоз, в режиме реального времени у A. thaliana в течениенескольких дней. Однако эти протоколы также могут быть требовательными и сложными в настройке для большого количества образцов.
В данной статье представлен подробный протокол визуализации живых клеток и анализа динамики хромосом во время мейоза у A. thaliana. С помощью конфокальной микроскопии, простого метода подготовки образцов, в сочетании с флуоресцентным мечением хромосом, движение хромосом было зафиксировано с высоким пространственным и временным разрешением в течение коротких периодов времени. Протокол описывает подготовку тканей растений к визуализации, оптимизацию параметров визуализации для минимизации фототоксичности и максимального качества изображения, а также обработку изображений и анализ данных. Этот метод позволяет точно количественно оценить динамику центромер во время мейоза, что имеет решающее значение для понимания поведения хромосом, лежащего в основе успешного образования гамет. Эти знания имеют непосредственное значение для сельского хозяйства, особенно для совершенствования программ селекции сельскохозяйственных культур, облегчая изучение процессов спаривания хромосом и рекомбинации, которые влияют на фертильность и генетическое разнообразие.