Een nieuwe studie heeft een onontdekt herprogrammeringsmechanisme onthuld waarmee planten generaties lang fit kunnen blijven.

Het John Innes Center-team onder leiding van Dr. Xiaoqi Feng deed de ontdekking bij het bestuderen van kiemcellen - cellen die gespecialiseerd zijn voor seksuele voortplanting - in bloeiende planten.

Kiemcellen worden vaak "onsterfelijk" genoemd omdat ze hun genetisch materiaal van generatie op generatie kunnen doorgeven. Ze zijn het onderwerp geweest van veel wetenschappelijk onderzoek.

Deze studie was bedoeld om een ​​langetermijndebat op te lossen over de vraag of de geslachtscellen in planten bij elke voortplantingscyclus een herprogrammering van DNA-methylatie ondergaan.

DNA-methylering is een modificatie van DNA, die de activiteit van DNA verandert zonder de genetische sequentie te veranderen. Het is een hoeksteen van de epigenetica - een van de snelstgroeiende gebieden in de biowetenschappen met potentieel om verbeteringen in de gezondheid van mens en plant te bewerkstelligen.

Herprogrammering van DNA-methylatie - waarvan bekend is dat het bij dieren voorkomt - komt het meest dramatisch voor in geslachtscellen en reguleert het reproductieve succes van generatie op generatie.

Vandaag gepubliceerd in Natuurgenetica het JIC-team werkte samen met collega's van de Universiteit van Leicester om voor het eerst het bestaan ​​van DNA-methyleringsveranderingen in de kiembaan van bloeiende planten te onthullen.

Ze onthullen ook het mechanisme waarmee deze herprogrammering plaatsvindt - via een proces dat bekend staat als de novo (opnieuw) DNA-methylatie en de biologische betekenis ervan bij het behouden van reproductief succes.

Dr Feng, projectleider bij het John Innes Centre, legt uit:"We wisten dat het opnieuw instellen van DNA-methylatie uitgebreid en belangrijk is bij dieren waarbij methylering tussen generaties wordt gewist en hersteld.

"Maar omdat planten generaties lang heel goed DNA-methylatie-informatie dragen, men geloofde dat er niet veel herprogrammering van methylering gaande was in plantenkiemcellen. Wat we hebben ontdekt, laat zien dat plantenkiemcellen ook door herprogrammering van methylering gaan en functioneel is het essentieel."

Het John Innes Center-team deed de ontdekking tijdens het toepassen van genetische analyse op mannelijke geslachtslijn in de referentieplant Arabidopsis thaliana.

Het door BBSRC gefinancierde onderzoek is een belangrijke doorbraak in fundamenteel begrip van epigenetische regulatie van plantontwikkeling.

Dr. Feng legt uit:"Ons onderzoek toont aan dat door de ontwikkeling gereguleerde herprogrammering van DNA-methylatie de ontwikkeling van planten kan reguleren. Wetenschappers zijn hier al lang naar op zoek. We laten zien dat genen in specifieke cellen kunnen worden gereguleerd via de de novo DNA-methylatieroute, die in veel plantenweefsels voorkomt, vandaar dat dit mechanisme van toepassing kan zijn op veel processen in planten.."

"Begrijpen hoe dit van nature gebeurt tijdens de ontwikkeling van planten, is de eerste stap om te begrijpen hoe specifieke genen kunnen worden aangevallen door deze epigenetische modificatie en dus gereguleerd kunnen worden.

"Aanvullend, begrijpen hoe DNA-methylatie wordt geërfd via de geslachtscellen is essentieel voor het begrijpen van de transgenerationele stabiliteit van opgelopen methylatieveranderingen. Beide zijn essentieel om epigenetica te benutten voor gewasverbetering."