Устойчивость эпигенетического состояния хромосом растений после CRISPR/Cas-инверсии
Эпигенетическое состояние хроматина, активность генов и положение хромосом взаимосвязаны. Исследовательская группа из Института IPK Лейбница (IPK) и Технологического института Карлсруэ (KIT) изучила, как положение хромосомы влияет на эпигенетическую стабильность и экспрессию генов с помощью хромосомной инженерии. Результаты опубликованы в журнале New Phytologist.
Хромосомные перестройки, такие как инверсии сегментов хромосом, могут влиять на эпигенетический ландшафт и экспрессию генов. Подобные инверсии обнаружены у многих важных сельскохозяйственных культур, таких как рис, кукуруза и ячмень.
До недавнего времени можно было изучать только естественные, исторически сложившиеся хромосомные перестройки. С появлением технологии хромосомной инженерии на основе CRISPR/Cas стало возможным индуцировать заранее заданные перестройки и сразу анализировать их генетические и эпигенетические последствия.
Чтобы выяснить влияние хромосомных инверсий на эпигенетическое состояние хроматина и активность генов, команда использовала CRISPR/Cas для создания инверсий разного размера у модельного растения Arabidopsis thaliana. Эпигенетическое состояние этих линий сравнили с диким типом, а также проанализировали влияние перестроек на активность генов.
«Наши результаты показали, что ни один из изученных инвертированных сегментов хромосом и прилегающих к ним регионов не изменился по эпигенетическим меткам и экспрессии генов, за исключением незначительных геном-широких эффектов», — объясняет первый автор исследования доктор Солмаз Хосрави. Анализ экспрессии генов показал, что в масштабе всего генома лишь 0,50–1% генов изменили свою активность после индукции инверсий.
«Полученные данные демонстрируют устойчивость эпигенома и транскриптома после CRISPR/Cas-индуцированной хромосомной перестройки, по крайней мере, в последующих поколениях», — говорит руководитель исследовательской группы «Структура и функция хромосом» IPK профессор д-р Андреас Хоубен.
«Наше исследование — первое в сообществе растениеводов, которое показывает влияние структурных вариаций на эпигенетическое состояние хроматина в поколениях, следующих за возникновением инверсии».
«Наши результаты доказывают, что инверсии можно целенаправленно создавать у растений, не вызывая при этом нежелательных изменений в экспрессии генетической информации», — говорит исследователь из KIT профессор д-р Хольгер Пухта. «Это имеет большое значение для будущего применения хромосомной инженерии в селекции сельскохозяйственных культур».