一项新的发现解释了是什么决定了发生在性细胞中的基因交换的数量和位置，比如植物的花粉和卵子，或者人类的精子和卵子。
当性细胞通过一种叫做减数分裂的特殊细胞分裂产生时，染色体交换大片段的DNA。这确保了每个新细胞都有独特的基因组成，并解释了为什么除了同卵双胞胎，没有两个兄弟姐妹在基因上完全相似。这些DNA的交换，或交叉，对于产生遗传多样性是必不可少的，这是进化的动力，它们在染色体上的频率和位置受到严格控制。
该研究的第一作者之一克里斯·摩根博士解释了这一现象的重要性:“交叉定位对进化、生育和选择育种具有重要意义。通过了解驱动交叉定位的机制，我们更有可能发现修改交叉定位的方法，以改进当前的动植物育种技术。”
尽管经过了一个多世纪的研究，但决定交叉在哪里、有多少交叉形成的细胞机制在很大程度上仍然是一个谜，这个谜题让许多著名科学家既着迷又沮丧。“交叉干扰”这个词是在1915年创造的，它描述了这样一种观察:当染色体上的一个位置发生交叉时，它会抑制附近交叉的形成。
约翰英尼斯中心的一个研究小组利用数学模型和3D-SIM超分辨率显微镜的尖端结合，通过确定一种确保交叉数量和位置“刚刚好”的机制，解决了这个世纪的谜题:不要太多，不要太少，不要太靠近。
研究小组研究了一种名为HEI10的蛋白质的行为，这种蛋白质在减数分裂的交叉形成中起着不可或缺的作用。超分辨率显微镜显示，he10蛋白沿着染色体聚集，最初形成许多小群体。然而，随着时间的推移，HEI10蛋白只集中在少数大得多的簇中，一旦达到临界质量，就会引发交叉形成。
然后将这些测量结果与模拟这种聚类的数学模型进行比较，该模型基于HEI10分子的扩散和聚类的简单规则。该数学模型能够解释和预测许多实验观察结果，包括可以通过简单地改变he10的量来可靠地修改交叉频率。
这项工作建立在约翰英纳斯中心利用植物作为模式生物来研究遗传的保守和基本方面的遗产的基础上。JIC校友j.b.s.霍尔丹和西里尔·达灵顿在20世纪30年代也研究了同样的过程。该模型还支持了另一位著名的JIC校友罗宾?霍利迪(Robin Holliday)在上世纪70年代所做的预测。
通讯作者马丁·霍华德教授补充说:“这项工作是跨学科研究的一个很好的例子，需要尖端的实验和数学建模来解开机制的核心。”一个令人兴奋的未来途径将是评估我们的模型是否可以成功地解释其他不同生物的交叉模式。”
这项研究对谷类作物尤其有价值，例如小麦，在这些作物中，杂交大多局限于染色体的特定区域，使这些植物的全部遗传潜力无法为植物育种者所利用。
