Учёные раскрыли новый эпигенетический механизм формирования энергии прорастания семян

Для размножения растений жизненно важно производить высокоэнергичные семена, способные к прорастанию и формированию всходов. Способность к прорастанию семена растений приобретают на поздней стадии созревания, однако механизм установления этой компетенции для прорастания и последующего постэмбрионального развития оставался неизвестным.

Эпигенетическое репрограммирование — это высоко временной и пространственный процесс, важный для клеточной дифференцировки и перехода между стадиями развития у животных и растений. Исследователи под руководством доктора Цзян Даньхуа из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук обнаружили, что включение гистонового варианта H3.3 в хроматин является ключевым для формирования способности семян к прорастанию и постэмбриональному развитию.

В этом исследовании было обнаружено, что полная потеря H3.3 у Arabidopsis thaliana сильно нарушает прорастание семян и последующее развитие проростков, хотя и не влияет заметно на формирование самих семян.

Дальнейший анализ показал, что H3.3 высоко экспрессируется к концу созревания семян, и его экспрессия на этой стадии является необходимой и достаточной для прорастания семян.

Затем учёные продемонстрировали, что временное депонирование H3.3 в 5'-регуляторных областях генов в зрелом семени устанавливает доступность хроматина, которая предопределяет транскрипционную компетенцию генов, ответственных за прорастание и постэмбриональное развитие.

Интересно, что хотя H3.3 постепенно удаляется с 5'-концов генов во время прорастания, транскрипционная компетенция генов, установленная H3.3, поддерживается за счёт сохранения доступности хроматина для транскрипционных факторов.

Также было обнаружено, что H3.3 постоянно загружается на 3'-концы генов, что коррелирует с метилированием ДНК в теле гена и ограничением доступности хроматина и криптической транскрипции в этой области.

Эти результаты раскрывают эпигенетический механизм, который «разблокирует» потенциал постэмбрионального развития в зрелых семенах. Это заложит основу для дальнейшего изучения энергии прорастания семян — области, особенно на молекулярном уровне, менее изученной, но критически важной для сельского хозяйства и семеноводства.

Работа под названием «Histone H3.3 deposition in seed is essential for the post-embryonic developmental competence in Arabidopsis» была опубликована в журнале Nature Communications 13 декабря.