Bij planten vereist de ontwikkeling van een embryo, net als bij alle seksueel voortplantende organismen, de fusie van twee gameten. Deze twee gameten, de eicel van de moeder en het sperma van de vader, dragen elk één kopie van het genoom, die samen de genetische samenstelling van het nageslacht vormen. Hoewel de eicel in wezen hetzelfde is als elke andere somatische cel in de plant, is de zaadcel zeer gespecialiseerd. Het heeft het grootste deel van zijn cellulaire machinerie verloren en zijn DNA heeft uitgebreide wijzigingen ondergaan.

Een van de belangrijkste wijzigingen die plaatsvinden in het vaderlijke genoom is de herprogrammering van het epigenoom. Het epigenoom is een chemische laag die bovenop de DNA-sequentie zit en bepaalt hoe de informatie op het DNA wordt gelezen. Hoewel deze kenmerken getrouw worden overgedragen via mitose terwijl cellen zich delen, moeten ze gedeeltelijk in de gameten worden gewist om de creatie van een nieuw en uniek organisme mogelijk te maken.

Bij spermacellen is deze herprogrammering bijzonder uitgebreid en specifiek. Hoewel de meeste markeringen worden gewist, blijven sommige markeringen in specifieke delen van het genoom behouden. Dit zorgt ervoor dat de informatie die nodig is voor het ontkiemen van zaden en het vestigen van zaailingen behouden blijft, terwijl alle andere markeringen die planteigenschappen specificeren opnieuw kunnen worden gerangschikt.

Hoe deze opmerkelijke prestatie wordt bereikt, is de afgelopen jaren het onderwerp geweest van intensief onderzoek. Een nieuwe studie, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Plants, werpt nieuw licht op dit mechanisme door te onthullen hoe een eiwit genaamd DEMETER zich specifiek richt op de vlekken die moeten worden uitgewist en deze verwijdert.

De onderzoekers gebruikten een combinatie van genetische, moleculaire en biochemische benaderingen om aan te tonen dat DEMETER specifiek wordt gerekruteerd in de regio's van het genoom die in spermacellen moeten worden geherprogrammeerd. Eenmaal daar werkt het als een moleculaire gum, waarbij de sporen worden verwijderd die tijdens de levensduur van de plant zijn aangebracht. Hierdoor zijn de zaadcellen verzekerd van de juiste epigenetische informatie voor de volgende generatie.

Dit werk biedt een cruciaal inzicht in hoe planten ervoor zorgen dat hun nakomelingen de juiste epigenetische start in het leven hebben. Het opent ook nieuwe wegen om te onderzoeken hoe het epigenoom in andere organismen wordt gereguleerd en hoe het bijdraagt ​​aan de diversiteit en aanpassing van planten.

Belangrijkste bevindingen

* DEMETER is een belangrijke regulator van epigenetische herprogrammering in spermacellen

* DEMETER richt zich specifiek op en verwijdert de epigenetische kenmerken die moeten worden gewist

*Dit zorgt ervoor dat de zaadcellen de juiste epigenetische informatie dragen voor de volgende generatie