กุหลาบป่า (Rosa canina) เป็นพืชสกุลกุหลาบป่าชนิดหนึ่ง มีจีโนมแบบเพนตาพลอยด์ที่มีโครโมโซม 35 คู่ แม้จะมีจำนวนโครโมโซมเป็นคี่ แต่สามารถสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศได้ ซึ่งเป็นรูปแบบเฉพาะของ การแบ่งเซลล์ เรียกว่า “Canina meiosis” ซึ่งโครโมโซมเพียงสองชุดจะแบ่งตัวแบบไมโอซิสตามปกติ ในขณะที่โครโมโซมที่เหลืออีก 21 แท่งจะถูกเซลล์ไข่เก็บไว้แบบไม่สมมาตร การปฏิสนธิของไข่สี่แฉกโดยละอองเรณูแฮพลอยด์ทำให้เกิดลูกหลานที่มีห้าแฉก กลไกเบื้องหลังไมโอซิสแบบไม่สมมาตรนี้ที่พบในกุหลาบป่ายังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด ในการศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้ นักวิจัยพบว่าขนาดของเซนโทรเมียร์มีบทบาทสำคัญในการกำหนดว่าโครโมโซมจะเกิดเป็นไบวาเลนต์หรือไม่เป็นคู่ โครโมโซมที่มีขนาดเซนโทรเมียร์เล็กกว่าจะจับคู่และแบ่งตัวแบบสมมาตร ในขณะที่โครโมโซมที่มีขนาดเซนโทรเมียร์ใหญ่จะไม่เป็นคู่และถูกเซลล์ไข่เก็บไว้ สิ่งนี้มีความสำคัญต่อการปรับปรุงพันธุ์พืช เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงขนาดของเซนโทรเมียร์ให้เหมาะสมจะหมายถึงการถ่ายทอดโครโมโซมที่ต้องการ
จำนวนโครโมโซมในลูกหลานต้องคงเดิมกับในพ่อแม่เพื่อความต่อเนื่องและความสมบูรณ์ของยีนพูล เพื่อให้แน่ใจว่าเป็นเช่นนั้น ต่อมเพศในสัตว์ชั้นสูงและพืชส่วนใหญ่จะมีการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสแบบสมมาตร ส่งผลให้เกิดเซลล์สืบพันธุ์แบบแฮพลอยด์ที่มีจำนวนโครโมโซม (n) เท่ากัน ซึ่งทำให้จำนวนโครโมโซมดิพลอยด์เดิม (2n) กลับมาเป็นปกติในไซโกตหลังจากการปฏิสนธิของไข่โดยเซลล์สืบพันธุ์เพศผู้ ตัวอย่างเช่น มนุษย์มีโครโมโซม 23 คู่ (2n=46) การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสในต่อมเพศจะสร้างไข่และอสุจิแบบแฮพลอยด์ที่มีจำนวนโครโมโซม (n=23) ขึ้นอย่างสมมาตร ซึ่งทำให้จำนวนโครโมโซมดิพลอยด์เดิม (2n=46) กลับมาเป็นปกติในไซโกตหลังจากการปฏิสนธิ ในกรณีของพืชและสัตว์ส่วนใหญ่ที่มีการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ พวกมันมีจำนวนโครโมโซมเป็นเลขคู่ อย่างไรก็ตาม การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศในต้นกุหลาบป่ามีลักษณะเฉพาะ
กุหลาบพันปี (Rosa canina) ซึ่งเป็นกุหลาบป่าเลื้อยทั่วไป มีจีโนมแบบเพนตาพลอยด์ ได้แก่ มีโครโมโซม 7 ชุด แต่ละชุดมีโครโมโซม 35 ชุด แม้จะมีจำนวนโครโมโซมเป็นคี่รวม 14 ชุด แต่สามารถสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศได้ โดยอาศัยการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสแบบไม่สมมาตรที่เรียกว่า “Canina meiosis” ซึ่งมีโครโมโซมเพียง 21 ชุด (=XNUMX) เรียงตัวเป็นไบวาเลนต์และแบ่งตัวแบบไมโอซิสตามปกติ ในขณะที่โครโมโซมที่เหลือ (=XNUMX) ยังคงอยู่ในเซลล์ไข่
ในการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสของ Canina โครโมโซมบางอันยังคงไม่จับคู่ (โครโมโซมคู่เดียว) ในขณะที่บางอันเกิดเป็นคู่ (โครโมโซมคู่สองคู่) โครโมโซมที่ไม่จับคู่จะถูกกำจัดในกระบวนการสร้างสเปิร์ม ส่งผลให้เกิดละอองเรณูแบบแฮพลอยด์ โดยมีเพียงโครโมโซมคู่สองคู่เท่านั้นที่ได้มา ในทางกลับกัน ในกระบวนการสร้างไข่ ไข่ เซลล์ ได้รับโครโมโซมไบวาเลนต์หนึ่งชุด และโครโมโซมไม่จับคู่ทั้ง 21 คู่ ทำให้เซลล์ไข่มีรูปร่างเป็นสี่แฉก การปฏิสนธิของเซลล์ไข่ที่มีรูปร่างเป็นสี่แฉกโดยละอองเรณูแฮพลอยด์ (กับโครโมโซมไบวาเลนต์) จะช่วยฟื้นฟูจีโนมเพนตาพลอยด์ (5n) ในลูกหลาน ดังนั้น ลูกหลานของกุหลาบป่าส่วนใหญ่จึงมีลักษณะเป็นโคลนและมีการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศบางส่วน รูปแบบการสืบพันธุ์ที่มีลักษณะเฉพาะนี้เป็นที่รู้จักกันมานานนับศตวรรษ แต่กลไกของมันยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด
ในการศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้ นักวิจัยได้ศึกษาว่าการขนส่งโครโมโซมที่ไม่จับคู่ไปยังเซลล์ไข่แบบมีเป้าหมายเกิดขึ้นได้อย่างไรในระหว่างการสร้างเซลล์ไข่ (oogenesis) ในกุหลาบพันธุ์ดอกคาโมมายล์ พวกเขาพบว่าขนาดของเซนโทรเมียร์ของโครโมโซมมีส่วนเกี่ยวข้อง เซนโทรเมียร์ที่มีขนาดใหญ่กว่าส่วนใหญ่พบในโครโมโซมที่ไม่จับคู่ ในขณะที่เซนโทรเมียร์ที่สร้างเซลล์แบบไบวาเลนต์จะมีรีโทรทรานสโพซอนเพิ่มขึ้น หลักฐานชี้ให้เห็นว่าขนาดของเซนโทรเมียร์ของโครโมโซมเป็นตัวกำหนดว่าโครโมโซมจะเกิดเป็นไบวาเลนต์หรือไม่เป็นคู่เพื่อคงอยู่ในเซลล์ไข่ในระหว่างการสร้างเซลล์ไข่แบบอสมมาตร โครโมโซมที่มีขนาดเซนโทรเมียร์เล็กจะเกิดเป็นไบวาเลนต์และแบ่งตัวแบบสมมาตร ในขณะที่โครโมโซมที่มีขนาดเซนโทรเมียร์ใหญ่จะไม่เป็นคู่และคงอยู่ในเซลล์ไข่แบบอสมมาตร สิ่งนี้มีความสำคัญต่อการปรับปรุงพันธุ์พืช เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงขนาดของเซนโทรเมียร์ให้เหมาะสมจะหมายถึงการถ่ายทอดโครโมโซมที่ต้องการ
***
อ้างอิง:
- Lunerová J. และคณะ 2020. การแบ่งเซลล์ไมโอซิสแบบแคนินาแบบไม่สมมาตรเกิดขึ้นพร้อมกับการขยายตัวของดาวเทียมเพอริเซนโทรเมียร์ในโครโมโซมเดี่ยวที่ไม่มีการรวมตัวกันใหม่ในสกุล Rosa วารสารพฤกษศาสตร์ เล่มที่ 125 ฉบับที่ 7, 4 มิถุนายน 2020, หน้า 1025–1038, เผยแพร่: 25 กุมภาพันธ์ 2020 DOI: https://doi.org/10.1093/aob/mcaa028
- Herklotz, V., Zhang, M., Nascimento, T. และคณะ เซนโทรเมียร์แบบไบโมดัลในดอกด็อกโรสเพนตาพลอยด์เผยให้เห็นความชัดเจนเกี่ยวกับการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสที่เป็นเอกลักษณ์ของพวกมัน Nature (2025). เผยแพร่เมื่อ 18 มิถุนายน 2025. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09171-z
- Max-Planck-Gesellschaft. ขับเคลื่อนสู่ความอยู่รอด: การขยายพันธุ์ดอกด็อกโรสที่ดูเหมือนเป็นไปไม่ได้นั้นขึ้นอยู่กับกลอุบายเซนโทรเมียร์ เผยแพร่เมื่อวันที่ 18 มิถุนายน 2025 เข้าถึงได้ที่ https://www.mpipz.mpg.de/pr-marques-2025-06-en
***
