Исторически генетики кукурузы использовали в качестве модели ген p1 кукурузы. Предыдущие исследователи не знали, что два типа перекрывающихся меток метилирования ДНК могут модифицировать, заглушать или активировать этот ген.
По словам ведущего исследователя Суриндера Чопры, профессора генетики кукурузы в Колледже сельскохозяйственных наук Пенсильванского университета, это открытие расширяет знания генетиков о различных механизмах неменделирующего наследования.В выводах, опубликованных в PLOS One, команда Чопры показала, что подавление гена цвета 1 перикарпа кукурузы — регулятора цвета внешнего слоя ядер и цвета початков — может иметь два «перекрывающихся» эпигенетических компонента — РНК-зависимое метилирование ДНК ( RdDM) и не-РНК-зависимое метилирование ДНК (не-RdDM).«Метилирование ДНК, то есть добавление метильных групп к молекуле ДНК, может изменить активность сегмента ДНК без изменения последовательности», — сказал он. «Метилирование ДНК обычно действует, подавляя транскрипцию гена, что является первым этапом экспрессии гена».
В клетках растений, когда и на каком уровне экспрессируется ген, находится под жестким контролем между активацией и подавлением транскрипции, объяснил Чопра. Малые РНК — молекулы, необходимые для регуляции и экспрессии генов — могут опосредовать метилирование цепей ДНК и отключать транскрипционную активность, тем самым играя роль в подавлении унаследованных генов или трансгенов, вводимых для получения желаемых свойств сельскохозяйственных культур.В кукурузе ген цвета 1 околоплодника регулирует накопление кирпично-красных флавоноидных пигментов, называемых флобахпенами.
Характер пигментации околоплодника зерна кукурузы и «чешуек» — мембраны, покрывающей початок, — зависит от экспрессии гена цвета околоплодника 1. Вот некоторые примеры этих узоров: белые ядра, красный початок; красные ядра, красный початок; пестрые ядра, пестрый початок; красные ядра, белый початок; и белые ядра, белый початок.«Наше исследование гена окраски околоплодника кукурузы 1 продемонстрировало участие как малых РНК-зависимых, так и малых РНК-независимых механизмов супрессии гена», — сказал Чопра. «Это исследование выявляет дополнительный уровень регуляции генов с помощью малых РНК и улучшает наше понимание того, как экспрессия генов регулируется конкретно в одной ткани, но не регулируется в другой».По его словам, как правило, когда селекционеры создают новые типы культурных сортов, некоторые признаки, ради которых они разводят, могут исчезнуть или их проявление снижается в потомстве. «И это, как мы теперь знаем, происходит из-за молчания генов».
Чопра считает, что уже давно необходимо более глубокое понимание того, как механизмы сайленсинга генов вызывают исчезновение желаемых признаков. Для фермера может быть катастрофой покупка семян, которые не ведут себя в процессе выращивания так, как обещал производитель.Если один или несколько генов, контролирующих признак, перестают работать из-за перекрывающегося метилирования ДНК, то этот признак в основном исчезает из популяции.
«Это большая неудача для тех, кто пытается заниматься разведением по таким признакам, как высокая урожайность, которая регулируется несколькими генами», — сказал Чопра. «Если один или два из этих генов, которые необходимы для высокой урожайности, замолчат, это может привести к снижению общей урожайности».