Биологи показали, как растения "выключают" ненужные гены

Новое исследование биологов из Пенсильванского университета, опубликованное в Nature Genetics, идентифицировало короткие последовательности в ДНК растений, которые действуют как указатели для выключения активности генов. Они направляют размещение белков, подавляющих экспрессию генов.

Механизм выключения

Исследование было сосредоточено на форме регуляции генов, известной как репрессия Polycomb. Белковые комплексы Polycomb плотно упаковывают ДНК, что приводит к эпигенетическому подавлению генов. Они играют ключевую роль в определении клеточной идентичности, помогая, например, клеткам растения "помнить", что они являются клетками листа или цветка.

Команда Дорис Вагнер изучила комплекс Polycomb под названием PRC2. Используя масштабные наборы данных, исследователи выявили 170 сегментов ДНК у растения Arabidopsis thaliana, которые, вероятно, являются элементами ответа Polycomb (PRE). Тестирование подтвердило, что эти PRE действуют так же, как у плодовых мушек, рекрутируя комплекс Polycomb к специфическим участкам генома растения.

Ключевые игроки

Учёные также идентифицировали 55 транскрипционных факторов, которые прочно связывались с PRE. Они проверили, что 30 из них физически взаимодействуют с PRC2. "Это именно то, что должен делать рекрутер: найти нужный регион в геноме и привести Polycomb", — пояснила Вагнер.

Затем исследователи вычислительно определили в кандидатных PRE короткие последовательности ДНК — cis-мотивы, которые распознают транскрипционные факторы. Два из этих cis-мотивов соответствовали двум ранее идентифицированным транскрипционным факторам. Встраивание этих мотивов в геном растительной клетки показало, что их достаточно для рекрутирования Polycomb, создавая, по сути, синтетический PRE.

Значение и перспективы

"Это первая демонстрация того, что этот механизм — рекрутирование Polycomb с помощью таких указателей в ДНК — действует у видов за пределами плодовых мушек", — заявила Вагнер.

Манипулирование этими короткими последовательностями ДНК с помощью методов генного редактирования открывает потенциал для эпигенетического усиления желаемых признаков у растений, таких как урожайность или засухоустойчивость, без добавления чужеродного генетического материала или значительного изменения кодирующей последовательности.

Как отметил не участвовавший в исследовании Кеннет Зарет, директор Института регенеративной медицины Пенна, это открытие может иметь значение и за пределами мира растений: "Строгий подход исследования Вагнер прекрасно выявил механизм репрессии генной активности, который, без сомнения, будет иметь последствия за пределами растительного мира".