Μεταφέρουν τα φυτά γενετικές μνήμες;

Όταν γεννιέται ένα ζώο ή όταν φυτρώνει ένα φυτό, ο νέος οργανισμός δεν έχει κληρονομήσει μόνο το μητρικό του DNA, αλλά και κάποιες γενε

τι

κές μνήμες που ονομάζονται επιγενετικές μνήμες. Αυτές οι γενετικές αναμνήσεις μπορεί να έχουν τη μορφή αλλαγμένης γονιδιακής έκφρασης λόγω του

τραύμα από προηγούμενο περιβαλλοντικό στρες

ή το βασικό

οδηγίες για το πώς πρέπει να χρησιμοποιούνται συγκεκριμένοι χημικοί δείκτες στο κύτταρο

στον γενετικό κώδικα που έχουν κληρονομήσει.

Επιγενετική κληρονομικότητα

είναι ιδιαίτερα κοινό στα φυτά και η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του θα μπορούσε

βοηθούν στην παραγωγή πιο ανθεκτικών φυτών

ασφαλίζω

μελλοντικές προμήθειες τροφίμων

ενόψει της παγκόσμιας κλιματικής αλλαγής.

Οι

επιστήμονες

πλησιάζουν στην κατανόηση των διεργασιών πίσω από την επιγενετική κληρονομικότητα σε ορισμένα φυτά και έχουν ανακαλύψει πώς λειτουργεί μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη για τον έλεγχο αυτής της διαδικασίας. Τα ευρήματα αναφέρονται αναλυτικά στο α

μελέτη που δημοσιεύτηκε στις 28 Αυγούστου στο περιοδικό

Κύτταρο


.

[Related:


Scientists can now tell if you had a ‘vanishing’ twin in the womb


.]

Στη μελέτη, μια ομάδα από το Cold Spring Harbor Laboratory και το Ιατρικό Ινστιτούτο Howard Hughes εξέτασε βαθύτερα τον τρόπο με τον οποίο τα φυτά περνούν κατά μήκος των δεικτών που απενεργοποιούν δυνητικά διασπαστικά γονίδια που ονομάζονται τρανσποζόνια. Τα τρανσποζόνια ονομάζονται επίσης «γονίδια άλματος». Όταν είναι ενεργοποιημένα, μπορούν να κινηθούν και να διαταράξουν τα άλλα γονίδια μέσα σε ένα κύτταρο. Για να διατηρήσουν τα τρανσποζόνια ήσυχα και να προστατεύσουν το υπόλοιπο γονιδίωμα, τα κύτταρα χρησιμοποιούν μια διαδικασία που ονομάζεται

μεθυλίωση

το οποίο προσθέτει ρυθμιστικούς δείκτες στις συγκεκριμένες θέσεις DNA όπου τα τρανσποζόνια πηδούν γύρω.

Κατά τη μεθυλίωση, α

πρωτεΐνη που αποσιωπά τα γονίδια που ονομάζονται DDM1

ανοίγει το δρόμο για τα συγκεκριμένα ένζυμα που τοποθετούν σημαντικούς κληρονομικούς χημικούς δείκτες στους νέους κλώνους DNA ενός φυτού. Τα φυτικά κύτταρα χρειάζονται DDM1 για να καθαρίσουν τα μονοπάτια επειδή το DNA τους είναι φυσικά πολύ σφιχτά συσκευασμένο μεταξύ τους. Για να διατηρηθεί το DNA σωστά συμπυκνωμένο, τα κύτταρα τυλίγουν το DNA τους γύρω από

πρωτεΐνες

συσκευασίας που ονομάζονται

ιστόνες

.

«Αλλά αυτό εμποδίζει την πρόσβαση στο DNA για όλα τα είδη σημαντικών ενζύμων», δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης και βιολόγος φυτών Rob Martienssen.

σε δήλωση

. Πρόσθεσε ότι προτού συμβεί μεθυλίωση, «πρέπει να αφαιρέσετε ή να σύρετε τις ιστόνες από τη μέση».

Εδώ λειτουργεί το DDM1. Το DDM1 ολισθαίνει το DNA κατά μήκος των πρωτεϊνών συσκευασίας για να εκθέσει τις θέσεις στο φυτικό κύτταρο που χρειάζονται μεθυλίωση. Ο Martienssen εξήγησε ότι αυτή η διαδικασία μοιάζει με τον τρόπο που ένα γιο-γιο γλιστρά κατά μήκος μιας χορδής. Οι ιστόνες «μπορούν να κινούνται πάνω-κάτω στο DNA, εκθέτοντας μέρη του DNA κάθε φορά, αλλά ποτέ να μην πέφτουν», είπε.

Martienssen και ο πρώην συνάδελφος Eric Richards

ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά το DDM1 πριν από 30 χρόνια

και αυτή η μελέτη βασίζεται σε αυτό το αρχικό εύρημα χρησιμοποιώντας ένα φυτό που ονομάζεται

Arabidopsis thaliana

ή κάρδαμο thale.

Σε μια σειρά γενετικών και βιοχημικών πειραμάτων, ο Martienssen εντόπισε τις ιστόνες που εκτοπίζει το DDM1. Στη συνέχεια, ο συν-συγγραφέας της μελέτης Leemor Joshua-Tor χρησιμοποίησε μια διαδικασία που ονομάζεται

κρυοηλεκτρονική μικροσκοπία

να τραβήξει λεπτομερείς εικόνες του ενζύμου που αλληλεπιδρά με το DNA και τις πρωτεΐνες συσκευασίας που σχετίζονται με αυτό. Η ομάδα είδε πώς το DDM1 αρπάζει συγκεκριμένες ιστόνες για να αναδιατάξει το συσκευασμένο DNA.

[Related:


Dying

plants

are ‘screaming’ at you


.]

«Ένας απροσδόκητος δεσμός που συνδέει το DDM1 μαζί αποδείχθηκε ότι αντιστοιχεί στην πρώτη μετάλλαξη που βρέθηκε πριν από όλα αυτά τα χρόνια», ο μοριακός βιολόγος Joshua-Tor

είπε σε δήλωση

.

Τα πειράματά τους έδειξαν επίσης πώς διατηρείται η προτίμηση του DDM1 για ορισμένες ιστόνες

επιγενετικοί έλεγχοι μεταξύ των γενεών φυτών

. Μια ιστόνη που βρίσκεται μόνο στη γύρη είναι ανθεκτική στο DDM1 και δρα ως κράτημα θέσης κατά τη διαίρεση των κυττάρων. «Θυμάται πού βρισκόταν η ιστόνη κατά την ανάπτυξη των φυτών και διατηρεί αυτή τη μνήμη στην επόμενη γενιά», είπε ο Martienssen. Αυτή η γνώση θα βοηθήσει τις νέες γενιές φυτών να αποτρέψουν τα αλματώδη τρανσποζόνια από το να διαταράξουν το υπόλοιπο γονιδίωμα.

Τα φυτά δεν είναι δυνητικά οι μόνοι οργανισμοί που εκτελούν αυτή τη διαδικασία. Οι άνθρωποι εξαρτώνται επίσης από πρωτεΐνες παρόμοιες με το DDM1 για τη διατήρηση

Μεθυλίωση DNA

. Αυτή η νέα κατανόηση του ρόλου της στην επιγενετική θα μπορούσε μια μέρα να εξηγήσει πώς αυτές οι πρωτεΐνες διατηρούν τα δικά μας γονιδιώματα ανέπαφα και λειτουργικά, αλλά χρειάζεται περισσότερη έρευνα.