Учёные раскрыли механизм наследования эпигенетических модификаций у растений
В отличие от млекопитающих, у цветковых растений половые клетки (гаметы) формируются уже после эмбрионального периода. При этом не все эпигенетические метки — химические модификации ДНК, влияющие на активность генов, — стираются. Некоторые из них передаются следующим поколениям.
Профессор Роб Мартинсен (CSHL) и его коллеги в исследовании, опубликованном в Cell, показали, что перепрограммирование генома через эти эпигенетические механизмы направляется малыми РНК и наследуется.
Наследование паттернов метилирования направляется малыми РНК
В развивающейся пыльце растения формируются два спермия и вегетативное ядро («клетка-нянька»). Учёные исследовали паттерны присоединения метильных групп к ДНК на разных стадиях развития пыльцы.
Было обнаружено соответствие между накоплением двух классов малых интерферирующих РНК (siRNA) длиной 21 и 24 нуклеотида и метилированием ДНК. Эти siRNA действуют как проводники, указывающие, где должно произойти метилирование для подавления экспрессии генов.
Подавление транспозонов и наследование признаков
Ранее было показано, что эти механизмы важны для контроля транспозонов («прыгающих генов»). В текущем исследовании обнаружено, что в спермиях некоторые участки ДНК с транспозонами теряли метильные группы, но в эмбрионе семени те же участки были снова метилированы. Этот процесс сопровождался накоплением 21-нуклеотидной siRNA в зрелой пыльце и 24-нуклеотидной siRNA в эмбрионе.
Также наблюдалась потеря метилирования в «клетках-няньках», в то время как в связанных спермиях метилирование на тех же сайтах сохранялось. Это создаёт области рекуррентного эпигенетического маркирования, которые предварительно метилированы в зародышевой линии и передаются следующему поколению.
Этот механизм, как отмечает Мартинсен, позволяет растениям наследовать приобретённые признаки от предыдущих поколений. Понимание эпигенетического наследования может повлиять на методы селекции сельскохозяйственных культур для получения желаемых признаков, таких как устойчивость к перепадам температур.