In een baanbrekende studie gepubliceerd in het tijdschrift Nature Genetics hebben onderzoekers een nieuw mechanisme ontdekt waarmee planten specifieke genen tot zwijgen brengen om hun genoom te beschermen tegen schadelijke transponeerbare elementen. Deze ontdekking werpt licht op een fundamenteel proces dat cruciaal is voor het behoud van de integriteit van het genoom en het garanderen van een goede plantengroei en -ontwikkeling.

Achtergrond:transponeerbare elementen en verdediging van het plantengenoom

Transponeerbare elementen, ook wel springgenen genoemd, zijn DNA-segmenten die door het genoom kunnen bewegen. Hoewel sommige transponeerbare elementen voor een gunstige genetische diversiteit kunnen zorgen, kunnen andere schadelijk zijn, de genfunctie verstoren en mutaties veroorzaken. Om zichzelf te beschermen hebben planten verschillende verdedigingsmechanismen ontwikkeld, waaronder DNA-methylatie en RNA-interferentie (RNAi), om transponeerbare elementen tot zwijgen te brengen en hun schadelijke effecten te voorkomen.

Belangrijkste bevindingen:de rol van RNA-gerichte DNA-methylatie (RdDM)

Het onderzoeksteam, geleid door wetenschappers van het Max Planck Instituut voor Ontwikkelingsbiologie in Duitsland, identificeerde een nieuw mechanisme waarbij RNA-gerichte DNA-methylatie (RdDM) betrokken is als een belangrijke speler in genuitschakeling. RdDM is een proces waarbij kleine RNA-moleculen DNA-methylatie-enzymen naar specifieke DNA-regio's leiden, wat leidt tot het tot zwijgen brengen van die regio's.

In het onderzoek concentreerden de onderzoekers zich op een specifiek type transponeerbaar element dat bekend staat als miniatuur inverted-repeat transposable elements (MITE's). MIJTEN zijn overvloedig aanwezig in het genoom van planten en kunnen schadelijke effecten veroorzaken als ze niet op de juiste manier worden gecontroleerd.

De onderzoekers ontdekten dat RdDM een cruciale rol speelt bij het tot zwijgen brengen van MITEs in planten. Ze identificeerden een klein RNA-molecuul dat zich op MITEs richt en DNA-methylatie-enzymen naar deze regio's rekruteert, wat resulteert in het tot zwijgen brengen van de MITE-activiteit.

Implicaties voor de integriteit van het plantgenoom en de verbetering van gewassen

De ontdekking van dit RdDM-gemedieerde genuitschakelingsmechanisme biedt belangrijke inzichten in hoe planten de integriteit van het genoom behouden en zichzelf beschermen tegen schadelijke transponeerbare elementen. Deze kennis heeft aanzienlijke implicaties voor de verbetering van gewassen, omdat het potentiële mogelijkheden biedt voor het ontwikkelen van nieuwe strategieën om overdraagbare elementen te beheersen en de gewasprestaties te verbeteren.

Door het RdDM-pad te manipuleren, kunnen wetenschappers mogelijk schadelijke transponeerbare elementen tot zwijgen brengen en gewaseigenschappen verbeteren, zoals ziekteresistentie, opbrengst en droogtetolerantie. Bovendien kan het begrijpen van de mechanismen van gene silencing helpen bij de ontwikkeling van nieuwe biotechnologische hulpmiddelen voor genetische manipulatie en plantenveredeling.

Samenvattend vertegenwoordigt de ontdekking van het RdDM-gemedieerde genuitschakelingsmechanisme in planten een aanzienlijke vooruitgang in ons begrip van de verdediging van het plantengenoom en heeft het potentieel om bij te dragen aan de ontwikkeling van verbeterde gewasvariëteiten en duurzame landbouwpraktijken.