Ученые получили точные оценки скорости эпигенетических мутаций
Ученые из Университета Гронингена впервые получили точные оценки того, как часто появляются или исчезают эпигенетические метки, влияющие на активность генов, у растения Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля). Это открывает путь к более глубокому пониманию важности эпигенетических изменений в эволюции растений. Работа опубликована в онлайн-версии журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.
Эпигенетические метки не меняют последовательность ДНК, но могут влиять на активность генов. Хотя у большинства животных, включая человека, считается, что эти метки полностью сбрасываются в половых клетках, у растений они могут стабильно наследоваться в течение многих поколений.
Чтобы оценить важность эпигенетических меток в эволюции растений, необходимо знать точную скорость эпигенетических мутаций — частоту, с которой эти метки спонтанно появляются и исчезают в определенном месте генома в течение поколений.
Оценка скорости мутаций
В сотрудничестве с исследователями из Европейского исследовательского института биологии старения и Университета Джорджии (США) группа Франка Йоханнеса проанализировала материал из инбредной линии Arabidopsis thaliana до 32 поколений. Они проверили весь геном на наличие одной конкретной эпигенетической метки: метилирования цитозиновых нуклеотидов.
«Мы выбрали эту метку, потому что знаем, что она наследуется между поколениями и может влиять на экспрессию генов», — объясняет Йоханнес.
Математическое моделирование на основе этих данных позволило оценить скорость эпигенетических мутаций:
Эпигенетические мутации происходят примерно в 100 000 раз чаще, чем мутации в последовательности ДНК.
Не все цитозиновые нуклеотиды одинаковы: некоторые более склонны к потере метилирования, а другие — к его приобретению.
Первичный анализ также показал, что почти все эпигенетические мутации являются нейтральными, то есть не влияют на экспрессию генов.
Значение для науки и селекции
Используя полученные оценки скорости мутаций, ученые теперь могут исследовать естественные популяции и искать признаки естественного отбора, действующего на эти эпигенетические изменения в эволюционных масштабах времени.
Исследования в этой области могут быть полезны не только для фундаментального понимания эволюции растений, но и для селекционеров. «Поскольку эпигенетические мутации стабильны в течение значительного числа поколений, это может быть инструментом для повышения урожайности сельскохозяйственных культур», — отмечает Йоханнес.
Примечание: Первым автором статьи стал студент бакалавриата Адриан ван дер Грааф, который провел большую часть биоинформатического анализа в рамках своей учебной работы.