Привитый стебель не просто приживается на растении–«хозяине», но и активно обменивается с ним эпигенетической информацией. Масштабы этого процесса ранее сильно недооценивались. Об этом биологи из Великобритании и США рассказывают в статье, опубликованной журналом PNAS. Также об этой работе сообщает пресс-релиз Университета биологических исследований Солка.

Улучшать полезные свойства растений с помощью прививки люди научились уже тысячи лет назад. Например, приживляя побег культурного растения (привой) к стеблю и корневой системе его дикой формы (подвоя), можно собирать ценные плоды первого и пользоваться высокой устойчивостью к заболеваниям и другим невзгодам окружающей среды второго растения. Однако лишь в наше время стало очевидным, что взаимодействие привоя и подводя заходит исключительно далеко – вплоть до уровня эпигенетики.

Еще несколько лет назад команде кембриджских биологов во главе с Дэвидом Боулкомбом (David Baulcombe) удалось показать, что привой мутантной линии резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana), помещенный на подвой дикой формы, обменивается с ним малыми РНК (sRNA). Эти небольшие – чуть более 20 нуклеотидных оснований – молекулы участвуют в регуляции активности генома.

Они могут подавлять транскрипцию продукта с матричной РНК, а также играют важную роль в определении позиций метилирования ДНК – химической модификации, которая блокирует возможность связывания ферментов трансляции. Все эти механизмы особенно важны для поддержания «генетического иммунитета» растения: с их помощью оно может останавливать активность мобильных генетических элементов – транспозонов, засоряющих его геном. Впрочем, тем же эпигенетическим путем, то есть за счет изменения активности генов, а не их нуклеотидной последовательности, могут контролироваться и многие другие аспекты жизни организма.

В 2010 г. Боулкомб с соавторами продемонстрировали, что sRNA действительно способны передаваться между привоем и подвоем, участвуя в РНК-опосредованном метилировании ДНК. Однако масштабы этого явления оставались неизвестными, поэтому ученые продолжили работу, и в своей новой статье сообщают, что такой эпигенетический обмен происходит чрезвычайно широко и может менять активность тысяч генов растения.

На подвой одной из диких форм резуховидки авторы привили два привоя – другую дикую форму и мутантную, неспособную производить sRNA. В результате обнаружилось, что sRNA благополучно перемещаются между ними всеми. «Такая постановка позволила нам наблюдать нечто действительно уникальное: они действительно обменивались эпигенетическими эквивалентами аллелей, эпиаллелями», – говорит один из авторов, сотрудник Института биологических исследований Солка Мэтью Люси (Mathew Lewsey).

Впрочем, этого можно было ожидать, исходя из предыдущих результатов. Настоящим сюрпризом можно назвать масштабы такого обмена: ученые обнаружили, что метилированию под действием sRNA подвергались тысячи участков ДНК резуховидки. В подавляющем большинстве случаев, это были всё те же транспозоны. Однако для других растений роль этого механизма в эпигенетической регуляции признаков может быть намного более существенной.

Резуховидка Таля отличается сравнительно небольшим и несложным геномом, что и сделало его популярным модельным объектом в генетике и физиологии растений. Геном настоящих сельскохозяйственных видов может быть больше его в тысячи раз, и о масштабах обмена эпигенетической информацией при прививке у них остается лишь догадываться. По крайней мере, до тех пор, пока аналогичные эксперименты не будут поставлены на них. Авторы планируют такую работу уже в ближайшем будущем, и считают, что это позволит точнее и аккуратнее манипулировать работой генома полезных растений, создавая более устойчивые и урожайные сорта.

Истояник N+1

Оригинальный пресс-релиз

Научная публикация в PNAS

Предыдущая работа авторов исследования