Учёные раскрыли механизм повышения устойчивости растений к стрессу

ДНК в клетках эукариот существует в виде высококонденсированного комплекса с белками-гистонами. Эта структура, называемая хроматином, важна для целостности ДНК, но ограничивает доступ к ней. Модификация гистонов — одна из форм эпигенетической регуляции генов.

Учёные под руководством профессора Сачихиро Мацунаги из Токийского университета науки обнаружили новый механизм эпигенетической регуляции, ключевую роль в котором играет фермент-деметилаза гистонов лизин-специфическая деметилаза 1-подобная 1 (LDL1). Исследование опубликовано в American Society of Plant Biologists.

Механизм репарации повреждений ДНК

Геном постоянно подвергается стрессам, вызывающим повреждения или "разрывы" в последовательностях ДНК. Эти разрывы восстанавливаются с помощью гомологичной рекомбинации (HR), для которой необходима модификация структуры хроматина.

Ранее команда обнаружила консервативный белок RAD54, участвующий в ремоделировании хроматина у модельного растения Arabidopsis и способствующий стабильности генома. Для его работы важны как рекрутирование на сайт повреждения, так и правильная диссоциация от него.

Роль LDL1 в регуляции RAD54

С помощью методов ко-иммунопреципитации и масс-спектрометрии учёные впервые выявили, что деметилаза LDL1 взаимодействует с RAD54 в сайтах повреждения ДНК.

Было установлено, что:

• RAD54 специфически взаимодействует с метилированным 4-м лизином на гистоне H3 (H3K4me2) в хроматине.
• LDL1 подавляет это взаимодействие, деметилируя H3K4me2.
• LDL1 удаляет избыточный RAD54 с сайтов повреждения ДНК через деметиляцию H3K4me2, тем самым способствуя репарации с помощью HR.

Значение для растений и практическое применение

Профессор Мацунага подчёркивает важность открытия: "В отличие от животных, растения неподвижны и более уязвимы к стрессам — высокой температуре, засухе, патогенам, плохим почвенным условиям. Эти стрессы подавляют развитие растений, вызывая повреждения ДНК. Поэтому эффективный ответ на повреждения ДНК критически важен для их роста и выживания".

Наиболее важным приложением исследования может стать создание устойчивых сельскохозяйственных культур: "Растения можно обрабатывать LDL1, чтобы искусственно контролировать эпигенетическую модификацию и повышать их устойчивость к инфекциям, экологическим и механическим стрессам. Это полезно для создания устойчивых сортов с улучшенным ростом, долголетием и характеристиками, что внесёт вклад в глобальную продовольственную безопасность".