В то время как некоторые животные впадают в спячку, ищут убежища или улетают в более теплый климат в самые холодные месяцы года, растения не могут свободно передвигаться, поэтому пытаются преодолеть стрессы окружающей среды, рассчитывая свои физиологические процессы. И для этого под руку приходит эпигенетика. «Растения, которые зацветают слишком рано, рискуют безуспешно размножаться. Поэтому растения разработали эпигенетический механизм, который регулирует время их цветения», — объясняет КИМ Юнь Цзюй, первый и соответствующий автор этого исследования.Для изучения цветения ученые IBS использовали Arabidopsis thaliana, небольшое растение, родственное горчице.
У арабидопсиса маленькие белые цветки, происходящие из стволовых клеток цветков. Стволовые клетки сохраняются на начальной стадии развития, затем дифференцируются на четыре чашелистика, четыре лепестка, шесть тычинок и два сросшихся плодолистика.Эпигенетическая регуляция — один из основных механизмов контроля времени цветения.
Он регулирует экспрессию генов посредством химических модификаций ДНК и взаимодействующих с ней белков, но без изменения последовательности ДНК. Если вы думаете о ДНК, содержащейся в каждой клетке, как о большой книге, содержащей всю информацию, эти химические модификации можно рассматривать как закладки, которые сообщают клетке, какие страницы читать, а какие пропускать.
Конкретный тип химической модификации, называемой ацетилированием, происходящий на связанных с ДНК белках (гистонах), может стимулироваться или удаляться определенными белками. Arabidopsis содержит по крайней мере 18 белков, которые удаляют эти химические модификации и называются гистоновыми деацетилазами (HDAC). Какие цели являются мишенями для HDAC, как они координируются друг с другом и как взаимодействуют с другими белками, пока неясно. Это исследование обнаружило белки, которые взаимодействуют с одной из этих химических модификаций, контролирующих время цветения.
Исследователи IBS сосредоточились на девятом HDAC, известном как HDA9. Известно, что этот белок регулирует несколько биологических процессов, таких как время цветения, период покоя семян и реакции на стресс.
Команда обнаружила, что растения, в которых отсутствует этот белок, цвели раньше и имеют увеличенные плоды, что указывает на нарушение регуляции активности стволовых клеток. То же самое происходит, когда POWERDRESS (PWR) (белок, уже изученный той же исследовательской группой на предмет его регуляции стволовых клеток цветков), или когда отсутствуют как HDA9, так и PWR.
Ученые обнаружили, что PWR и HDA9 образуют белковый комплекс, который удаляет химические модификации из белка, связанного с ДНК, называемого гистоном 3. Точно так же, как удаление закладки из «Книги ДНК» указывает на то, что вам не нужно читать страницы рядом с закладкой удаление этой химической модификации снижает выработку AGL19, белка, вызывающего раннее цветение. Таким образом, растения сохраняют нормальное время цветения.
«PWR, HDA9 и AGL19 регулируют время цветения. Растение с пониженным PWR и HDA9 имеет повышенные уровни AGL19 и зацветает раньше», — объясняет Ким. «Противоположная ситуация, то есть сверхэкспрессия PWR и HDA9, еще не проверена».
Следующая задача команды — изучить другие химические модификации (или «закладки») на гистонах растений и выяснить, как эти различные химические модификации вместе регулируют цветение.