Учёные исследуют эпигенетическое влияние во всём геноме
Эпигенетическая регуляция — это процесс, с помощью которого клетки контролируют экспрессию генов. Она объясняет разнообразие типов клеток в многоклеточных организмах и служит "иммунной системой", подавляя активность мобильных генетических элементов — транспозонов, которые могут угрожать целостности генома.
Исследователи из OIST выяснили, как клетки растений подавляют транскрипцию — первую стадию производства продуктов генов. Их работа, опубликованная в Nature Communications, выявила ранее неизвестные участки ДНК, которые "заглушаются" эпигенетической регуляцией, многие из которых находятся внутри транспозонов.
"Это исследование даёт всесторонний взгляд на то, как и где клетки подавляют транскрипцию во всём геноме", — сказал первый автор работы, доктор Ту Ле.
Обнаружение скрытых сайтов начала транскрипции
Учёные использовали несколько мутантных линий растения Arabidopsis thaliana, в каждой из которых был отключён определённый эпигенетический путь. С помощью секвенирования они выявили тысячи сайтов начала транскрипции (TSS), которые были активны только у мутантов.
"Многие из этих сайтов ранее не обнаруживались, так как в диких растениях они полностью заглушены", — пояснил профессор Хидэтоси Садзэ.
Особенно много "скрытых" (криптических) TSS активировалось у мутанта с нарушенным метилированием ДНК. Добавление метильных групп к ДНК запускает биохимический путь, который заставляет гистоны плотнее упаковывать ДНК, физически блокируя доступ транскрипционного аппарата к этим участкам.
Связь транспозонов с устойчивостью к стрессу
Ключевым открытием стала связь транспозонов и криптических TSS. Учёные обнаружили, что до 65% криптических TSS происходят из этих "прыгающих генов". Эти транспозоны были длиннее и сильнее метилированы, чем те, у которых не было криптических TSS.
"Это говорит о том, что транспозоны с криптическими TSS моложе, целы и всё ещё способны перемещаться по геному, поэтому их и заглушают", — объяснил доктор Ле.
Важно, что активация криптических TSS у мутантов меняла активность соседних генов, вовлечённых в развитие и стрессовые реакции.
"Есть исследования, показывающие, что со временем растения могут адаптировать TSS в транспозонах для собственного использования, чтобы регулировать активность соседних генов", — сказал профессор Садзэ.
В будущем учёные надеются больше узнать о механизме влияния криптических TSS на гены. Это понимание может помочь в создании новых сельскохозяйственных культур, устойчивых к таким стрессам, как глобальное потепление, засуха и деградация почв.