Cell: Как растения передают генетическую память

Эпигенетическая наследственность, способность организмов передавать информацию наследственности не только через ДНК, но и через химические маркеры, является критически важным механизмом, который имеет глубокие последствия для областей, таких как сельское хозяйство и окружающая среда. Научные исследования в этой области продвигают наше понимание процессов наследственности и их влияния на различные организмы, включая растения, сообщает Cell.

Ранее считалось, что наследование осуществляется исключительно через передачу ДНК от родителей к потомству. Теперь мы знаем, что помимо этого происходит передача химических маркеров, которые помогают регулировать использование ДНК клетками. Этот механизм, известный как эпигенетическое наследование, получил широкое признание в последние десятилетия, особенно среди растений, где он является распространенным.

Существует класс элементов, известных как мобильные элементы или транспозоны, иногда называемые "прыгающими генами". Они могут перемещаться по геному и вмешиваться в работу других генов, что может быть опасным. Для контроля таких элементов клетки могут прикреплять регуляторные химические маркеры к определенным участкам ДНК в процессе метилирования.

В новой статье исследователи обратили свое внимание на белок DDM1 в Arabidopsis thaliana, одном из важнейших модельных организмов в мире растений. Этот белок был открыт более 30 лет назад и играет существенную роль в процессе метилирования ДНК. Исследование этого белка позволило расширить наше понимание эпигенетической наследственности и её влияния на жизненные процессы в растениях.

ДНК в растениях часто находится в плотно упакованном и компактном состоянии. Этот процесс обусловлен обертыванием ДНК вокруг гистонов, которые являются упаковочными белками. Однако такая упаковка может создавать трудности, так как гистоны могут мешать доступу к ДНК. Для того чтобы метилирование, важный процесс, происходил, необходимо перемещать или отодвигать гистоны.

Исследователи долгое время замечали, что белок DDM1 взаимодействует с гистонами, "скользя" по ним, подобно йо-йо, и обнажая определенные участки ДНК, которые нуждаются в метилировании. Гистоны могут передвигаться вверх и вниз по ДНК, одновременно раскрывая отдельные участки, но при этом не отсоединяясь от ДНК.

С последним исследованием стало ясно, каким образом DDM1 уступает место ферменту, который участвует в процессе метилирования ДНК. Для этого использовались разнообразные методы, включая биохимические, генетические и цитоэлектронные исследования, чтобы точно определить, какие гистоны взаимодействуют с DDM1 и как фермент взаимодействует с соответствующими упаковочными белками и ДНК.

По результатам исследования было обнаружено, как DDM1 присоединяется к определенным гистонам и воздействует на упакованную ДНК, реконструируя ее структуру.

Помимо этого, DDM1 оказался связанным с определенными гистонами, что способствует сохранению эпигенетического контроля наследственности от поколения к поколению. Например, один из гистонов, обнаруженный только в пыльце, оказался устойчивым к DDM1 и выполняет функцию запоминания положения гистонов во время развития растения, передавая эту информацию следующему поколению.

Эти открытия не ограничиваются только растениями, они также могут иметь важное значение для человеческой биологии. У человека также существуют белки, аналогичные DDM1, которые поддерживают метилирование ДНК. Это новое исследование может способствовать пониманию того, как эти белки влияют на функциональность и целостность генома человека.