330-летний тополь рассказал о своей жизни: эпигенетические часы в деревьях
Эпигенетические изменения — модификации генов, не затрагивающие первичную последовательность ДНК, — иногда возникают случайно у растений и могут передаваться через поколения. Используя деревья в качестве модели, исследователи впервые показали, что эти так называемые эпимутации непрерывно накапливаются в течение всего развития растения и могут служить молекулярными часами для определения возраста дерева.
Эпигенетические метки не меняют последовательность ДНК, но могут влиять на активность генов. «В отличие от животных, включая человека, где считается, что эти метки полностью сбрасываются в половых клетках, у растений они могут стабильно наследоваться в течение многих поколений», — говорит профессор Франк Йоханнес из Технического университета Мюнхена (TUM).
Деревья — естественные системы накопления эпимутаций
«Благодаря своей исключительной долговечности деревья действуют как естественные системы накопления эпимутаций и поэтому дают уникальное представление об эпигенетических процессах в долгосрочной перспективе», — отмечает профессор Йоханнес.
В исследованиях команда сосредоточилась на 330-летнем тополе. Сравнивая метилирование ДНК (важную эпигенетическую метку) в листьях с разных ветвей дерева, они смогли показать, что эпимутации накапливаются непрерывно в зависимости от возраста дерева. Чем дальше друг от друга два листа с точки зрения времени развития, тем более различны их паттерны метилирования ДНК.
Из этого исследователи сделали вывод, что скорость соматических эпимутаций примерно в 10 000 раз выше, чем скорость генетических мутаций у того же дерева.
Эпигенетические часы старения в деревьях?
Это открытие привело к интригующему выводу: эпимутации могут служить своего рода молекулярными часами для определения возраста дерева.
«Мы решили рассматривать общий возраст дерева как неизвестный параметр и позволить данным метилирования ДНК листьев сказать нам, сколько лет дереву. Это дало оценку примерно в 330 лет», — говорит профессор Йоханнес.
Эта оценка позже оказалась согласованной с датировкой основного ствола по диаметру и другой информацией об истории жизни этого конкретного дерева. «Это было первое указание на то, что в деревьях существует нечто вроде эпигенетических часов».
Окно в прошлое
Теперь команда профессора Йоханнеса исследует вопрос, оставляют ли изменения окружающей среды, которые деревья переживают в течение своей долгой жизни, эпигенетические «подписи». Их можно было бы прочитать и интерпретировать, чтобы узнать что-то о прошлом дерева.
«Наша цель — интегрировать исторические данные об окружающей среде с нашей эпигенетической работой. Мы считаем, что это может открыть окно в прошлое, которое поможет нам понять, как деревья справлялись с конкретными экологическими проблемами, такими как засухи и колебания температуры. Эта информация может быть полезна при рассмотрении будущего, особенно в свете глобального изменения климата».