Spirodela polyrhiza использует уникальный эпигенетический механизм для контроля транспозонов без метилирования ДНК
Исследователи из группы Артуро Мари-Ордоньеса в Институте молекулярной биологии растений Грегора Менделя (GMI) обнаружили, что древнее растение Spirodela polyrhiza (ряска многокоренная) использует малоизученный эпигенетический механизм для маркировки старых транспозонов, обходясь без метилирования ДНК. Результаты опубликованы в Genome Research.
Угроза "прыгающих генов" и защита генома
- Транспозоны ("прыгающие гены") могут перемещаться по геному, вызывая мутации и перестройки.
- Растения обычно заглушают транспозоны, уплотняя (компактизируя) ДНК с помощью эпигенетических меток: метилирования ДНК и модификаций гистоновых белков.
- Со временем транспозоны накапливают мутации, фрагментируются и становятся дегенеративными ("старыми"). Они уже не могут "прыгать", но всё ещё могут вызывать геномные перестройки, поэтому их также контролируют с помощью метилирования ДНК.
Уникальный случай Spirodela polyrhiza
- Spirodela polyrhiza — древнейший представитель рясок — имеет необычно низкий уровень метилирования ДНК в геноме, сопоставимом по размеру и содержанию транспозонов с геномом Arabidopsis thaliana.
- Несмотря на это, растение эффективно контролирует транспозоны.
- Исследование показало, что Spirodela использует стандартный набор меток (метилирование ДНК и модификации гистонов) для подавления недавно внедрившихся, интактных транспозонов.
- Однако по мере дегенерации транспозоны теряют все метки, кроме одной — специфической модификации гистонов, которая сохраняется независимо от метилирования ДНК, что противоречит моделям, известным для других растений.
"Мы впервые показали, что некоторые цветковые растения могут поддерживать гетерохроматиновые метки даже без метилирования ДНК", — пояснил Артуро Мари-Ордоньес.
Эволюционный и биотехнологический контекст
- Ряски эволюционировали в сторону упрощения и быстрого клонального размножения.
- Уникальный эпигенетический ландшафт Spirodela может быть связан с этой репродуктивной стратегией.
- Растение, по-видимому, фокусируется на подавлении потенциально активных транспозонов, представляющих прямую угрозу, а не на дегенеративных.
- Ряски рассматриваются как перспективная биотехнологическая платформа для устойчивого производства фармацевтических препаратов, биотоплива и пищи благодаря простому строению и быстрому росту. Понимание их генетической архитектуры важно для оптимизации стратегий генной инженерии.