Разные роли H3K27me3 и H3K36me3 в яровизации озимой пшеницы

Яровизация — это явление, при котором растениям требуется длительное воздействие низких температур для цветения. Это гарантирует, что озимые растения вступают в репродуктивную фазу в подходящих условиях, обеспечивая урожай.

Пшеница делится на озимую (требует яровизации) и яровую (не требует). Изучение механизмов яровизации важно для улучшения адаптивности сортов.

Исследовательская группа под руководством профессора Цзюнь Сяо из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук использовала технологии RNA-seq, ATAC-seq и CUT&Tag для анализа транскрипции и хроматиновой динамики у озимой пшеницы в полевых условиях во время ответа, поддержания и сброса состояния яровизации.

Исследование показало, что основной ген яровизации пшеницы, VRN1, регулируется репрессивным маркером H3K27me3 и активным маркером H3K36me3 по особой схеме.

С помощью технологии CRISPR были созданы мутанты "писателей" этих гистоновых меток: Tafie-cr-87 (для H3K27me3) и Tasdg8-cr-3/5 (для H3K36me3). Эти мутанты демонстрировали раннее и позднее цветение соответственно и влияли на экспрессию VRN1 на разных этапах яровизации, что подтвердило специфические регуляторные роли H3K27me3 и H3K36me3.

Ключевой ген яровизации арабидопсиса, FLC, также регулируется H3K27me3 и H3K36me3, но в полностью противоположной манере по сравнению с VRN1.

Исходя из этого зеркального паттерна транскрипции и гистоновых модификаций, исследователи идентифицировали 212 генов с паттерном, подобным VRN1, и 585 генов с паттерном, подобным FLC, как потенциальных регуляторов цветения, опосредованных яровизацией.

Среди них TaFUL3 и TaTOE1 содержат варианты последовательностей, значимо ассоциированные со сроками цветения. Их TILLING-мутанты демонстрировали измененное время колошения, что указывает на их роль в регуляции цветения.