Учёные обнаружили и начали расшифровывать эпигенетический код растений

Растения способны перепрограммировать свой генетический материал в ответ на стресс (засуху, экстремальные температуры), чтобы выжить. Химический код, запускающий эти изменения, можно расшифровать и использовать для выведения более устойчивых и продуктивных культур.

К такому выводу пришли молекулярные генетики растений из Университета Пенсильвании. Они провели первое исследование эффектов такого «эпигенетического перепрограммирования», которое приводит к экспрессии или подавлению определённых генов.

Ключевые выводы:

• Растения могут переходить в новые состояния — либо для активного роста, либо для «выжидания» в условиях стресса.
• Это состояние передаётся через поколения благодаря «памяти», основанной на химической реакции метилирования ДНК.
• Для исследования связи между эпигенетическими изменениями и сетями генов, влияющими на рост («внутригенное репаттернинг метилирования ДНК»), потребовались специализированные методы анализа данных и большие вычислительные мощности.

Роль гена MSH1

В предыдущей работе учёные обнаружили, что манипуляции с одним геном MSH1 позволяют контролировать широкий спектр сетей устойчивости растений. «Заглушив» этот ген и вызвав у растения ощущение стресса, можно изменить его рост, конфигурацию корней, задержать цветение и изменить реакцию на среду.

Новое исследование

В последнем исследовании, опубликованном в Genome Biology, команда под руководством Хардика Кундарья сосредоточилась на модельном растении Arabidopsis (резуховидка Таля).

• Манипулируя геном MSH1, они вызвали как минимум четыре различных негенетических состояния, влияющих на стрессоустойчивость и силу роста.
• Сравнив данные этих состояний, они идентифицировали конкретные гены-мишени эпигенетических изменений в геноме, где можно найти и расшифровать данные, важные для роста.

Результаты манипуляций с MSH1:

• Изменение внешнего вида растения и характеристик роста.
• Потенциальные преимущества для выживания: замедленный рост, задержка цветения, повышенная сила роста и большее количество семян по сравнению с диким типом Arabidopsis.

Более широкие перспективы

По словам руководителя группы Салли Маккензи, это открытие выходит за рамки растениеводства. Поскольку это эпигенетический «язык», а не особенность только системы MSH1, он может быть использован, например, для ранней диагностики заболеваний у животных или людей: при любом сбое в биологической системе метилóм может дать об этом сигнал.