Про це повідомила команда з восьми членів Джозефа Екера з Інституту біологічних досліджень The Salk у місті Ла-Джоль (Каліфорнія, США). Першим автором статті був його колега Роберт Шміц.

спадкову

Це перші докази того, що т. Зв епігенетичний код організму, тобто додатковий шар біохімічних інструкцій у ДНК, може розвиватися швидше, ніж сам генетичний код, при цьому суттєво впливаючи на біологічні ознаки.

"Наше дослідження показує, що справа не лише в генах. Ми виявили, що ці рослини мають епігенетичний код, який є більш гнучким і має більший вплив, ніж ми собі уявляли. Спадщина, очевидно, має таку складову, яку ми не зовсім розуміємо. Можливо, у нас, людей, є такий же активний епігенетичний механізм, який визначає наші біологічні риси і передається нашим дітям », - сказав Джозеф Еккер.

Він та його колеги проаналізували ДНК рослини гірчиці Arabidopsis Thaliana, яка відіграє роль щурів у дослідженнях тварин у дослідженнях рослин. Ось чому це стало першим розшифрованим ДНК рослиною в 2000 році.

Однак нові методи швидкого картографування ДНК в ядрі клітини, основного генетичного матеріалу або геному, виявили, що гени, кодовані потрійними комбінаціями з чотирьох "літер" ДНК, не завжди визначають розвиток і результат організму, а також його фізіологічні функції та середовище поведінки.
Дослідження рослин внесли значний внесок у такий висновок. На епігенетичний код вказували такі особливості, як форма квітки та колір плодів, що просто неможливо пояснити правилами класичної менделівської генетики.

Подібно і з тваринами. Наприклад, у мишей схильність до ожиріння передається між поколіннями, що не можна пояснити відмінностями в генетичному коді жиру та бідних тварин.
Навіть дослідження людських однояйцевих близнюків дали тут докази. Вони мають різні біологічні особливості, незважаючи на те, що вони успадкували однакові послідовності ДНК від своїх батьків.
Зрештою всі сліди призвели до хімічних маркерів, які діють як генетичний контроль над послідовністю самої ДНК.

Загальні генетичні мутації виникають спонтанно і успадковуються наступним поколінням. Так само епігенетичні мутації, т. Зв епімуляція, а згодом поширилася по всій зацікавленій популяції. Однак більш точні обставини, такі як частота їх поширення, швидкість їх поширення та ступінь їх впливу на розвиток та функцію біологічних ознак, залишаються незрозумілими.
Зараз команда Джозефа Еккера експериментувала з 30 поколіннями арабів. Загальні зміни між поколіннями виявились відносно невеликими. Однак вони чітко задокументували спонтанне виникнення епімутацій з набагато більшою частотою, ніж із мутаціями ДНК. Крім того, на етапах, коли ці епімуляції дуже сильно впливали на активність певних генів.
Зокрема, вони нанесли на карту так званий метилювання, приєднання метильних груп до генетичного матеріалу, який може змінити генну активність.

Усі експериментальні арабські жінки були клонами одного предка, тому їх послідовності ДНК майже не змінювалися з покоління в покоління. Будь-які зміни між поколіннями, що спостерігаються у спостережуваних ознаках, з великою ймовірністю були епігенетичними.

"Ви не змогли б зробити таке дослідження на людях, оскільки наша ДНК змішується в кожному поколінні, поєднуючи внесок обох батьків. Однак, на відміну від людей, певні рослини легко клонуються, тому епігенетичний сигнал не зникає при генетичному шумі », - пояснив Джозеф Еккер.

Експеримент показав, що в кожному поколінні до декількох тисяч місць метилювання на рослинній ДНК спонтанно змінювалися, без сильного тиску з боку навколишнього середовища. Це лише невелика частка з шести мільйонів таких місць в арабській ДНК, але приблизно в сто тисяч разів більше, ніж кількість спонтанних змін послідовності ДНК.

Епігенетичний код рослин та, мабуть, інших організмів, відповідно набагато більш мінливий, ніж їх генетичний код. Вчені були ще більше здивовані тим, наскільки низка рослинних генів зі зміненим метилюванням змінила їх активність, «увімкнулася» та «вимкнулася» по-різному. Тобто вони в іншому випадку контролювали клітинні функції за допомогою вироблення білка.
Джозеф Еккер розглядає це як одне з перших доказів того, що епігенетичний код можна швидко переписати і що він має справді суттєві наслідки.

"Тоді ми це просто помітили. Якщо ми будемо нагадувати ці рослини в тій чи іншій формі, наш епігеном може також зазнати відносно швидких спонтанних змін, які можуть сильно вплинути на наші біологічні ознаки ", - сказав він.

Він та його команда планують розкрити точні біохімічні механізми, за допомогою яких це відбувається. Подальше дослідити залежність епігенетичних змін рослин від факторів навколишнього середовища, таких як температура. А також чи надають епігенетичні зміни рослинам більшу гнучкість у реагуванні на зміни у навколишньому середовищі.

"Ми вважаємо, що ці епігенетичні події можуть замовкнути гени, коли вони їм не потрібні, а потім знову включити їх, коли зовнішні умови цього вимагають", - підсумував Джозеф Еккер.
Він та його колеги опублікували ці ключові висновки не лише щодо генетики рослин у попередньому онлайн-випуску журналу Science (Science Express).