Новое понимание "бессмертных" клеток растений
Исследование выявило ранее неизвестный механизм перепрограммирования, который позволяет растениям сохранять жизнеспособность из поколения в поколение.
Команда Центра Джона Иннеса под руководством доктора Сяоци Фэн сделала открытие, изучая зародышевые клетки (герминальные клетки) — клетки, специализированные для полового размножения — у цветковых растений.
Зародышевые клетки часто называют "бессмертными", поскольку они могут передавать свой генетический материал через поколения. Они были предметом пристального научного изучения.
Целью исследования было разрешить давние споры о том, подвергаются ли зародышевые клетки растений событию перепрограммирования метилирования ДНК в каждом репродуктивном цикле.
Метилирование ДНК — это модификация ДНК, которая меняет активность ДНК, не изменяя генетическую последовательность. Это краеугольный камень эпигенетики — одной из самых быстрорастущих областей наук о жизни с потенциалом для улучшения здоровья человека и растений.
Перепрограммирование метилирования ДНК, известное у животных, происходит наиболее драматично в зародышевых клетках и регулирует репродуктивный успех из поколения в поколение.
Опубликованное в Nature Genetics исследование команды JIC, проведённое в сотрудничестве с коллегами из Университета Лестера, впервые показало существование изменений метилирования ДНК в зародышевой линии цветковых растений.
Они также раскрыли механизм, с помощью которого происходит это перепрограммирование — через процесс, известный как de novo (заново) метилирование ДНК, и его биологическое значение для поддержания репродуктивного успеха.
Доктор Фэн объясняет: "Мы знали, что это переустановка метилирования ДНК является обширной и важной у животных, где метилирование стирается и заново устанавливается между поколениями. Но поскольку растения очень хорошо передают информацию о метилировании ДНК через поколения, считалось, что в зародышевых клетках растений не происходит много перепрограммирования метилирования. То, что мы обнаружили, показывает, что зародышевые клетки растений также проходят через перепрограммирование метилирования, и функционально это необходимо".
Команда Центра Джона Иннеса сделала открытие, применяя генетический анализ к мужской половой линии у модельного растения Arabidopsis thaliana.
Исследование, финансируемое BBSRC, является ключевым прорывом в фундаментальном понимании эпигенетической регуляции развития растений.
Доктор Фэн пояснил: "Наше исследование показывает, что регулируемое развитием перепрограммирование метилирования ДНК может регулировать развитие растений. Учёные давно искали это. Мы показываем, что гены могут регулироваться в специфических клетках через путь de novo метилирования ДНК, который распространён во многих тканях растений, следовательно, этот механизм может применяться ко многим процессам у растений".
"Понимание того, как это происходит естественным образом в ходе развития растений, — это первый шаг к пониманию того, как определённые гены могут быть нацелены на эту эпигенетическую модификацию и, следовательно, регулироваться. Кроме того, понимание того, как метилирование ДНК наследуется через зародышевые клетки, необходимо для понимания трансгенерационной стабильности приобретённых изменений метилирования. Оба аспекта необходимы для использования эпигенетики для улучшения сельскохозяйственных культур".