Majsgenetikforskning afslører mekanismen bag træk, der bliver tavse

I mere end et århundrede, plantegenetikere har studeret majs som et modelsystem for at forstå reglerne for arv af egenskaber, og et team af forskere afslørede for nylig en hidtil ukendt mekanisme, der udløser gendæmpning i majs. Gendæmpning deaktiverer genetiske træk, en vigtig overvejelse for planteavlere, der er afhængige af den trofaste arv af egenskaber fra generation til generation.

Historisk set, majs p1-genet er blevet brugt som model af majsgenetikere. Tidligere forskere vidste ikke, at to typer overlappende DNA-methyleringsmærker kunne modificere, dæmpe eller aktivere dette gen. Opdagelsen tilføjer genetikernes viden om forskellige mekanismer for ikke-mendelsk arv, ifølge ledende forsker Surinder Chopra, professor i majsgenetik, Højskole for Landbrugsvidenskab, Penn State.

I resultater rapporteret i PLOS One , Chopras team viste, at dæmpning af majs-perikarpfarve 1-genet - regulator af kernernes ydre lagfarve og kolbefarven - kan have to "overlappende" epigenetiske komponenter - RNA-afhængig DNA-methylering (RdDM) og ikke-RNA-afhængig DNA-methylering ( ikke-RdDM).

"DNA -methylering, som er tilføjelsen af ​​methylgrupper til DNA-molekylet, kan ændre aktiviteten af ​​et DNA-segment uden at ændre sekvensen, " sagde han. "DNA-methylering virker typisk til at undertrykke gentranskription, som er det første trin i genekspression."

I planteceller, hvornår og på hvilket niveau et gen udtrykkes er under stram kontrol mellem transkriptionsaktivering og suppression, Chopra forklarede. Små RNA'er - molekyler, der er essentielle i regulering og ekspression af gener - kan mediere methylering af DNA-strenge og lukke ned for transkriptionsaktivitet, spiller derfor en rolle i at dæmpe nedarvede gener eller transgener indført for at producere ønskelige afgrødeegenskaber.

I majs, pericarp farve 1 genet regulerer ophobningen af ​​murstensrøde flavonoidpigmenter kaldet phlobahpener. Pigmenteringsmønsteret på majskernen pericarp og "glumes" - membran, der dækker kolben - afhænger af udtrykket af pericarp color 1 -genet. Nogle eksempler på disse mønstre er:hvide kerner, rød kolber; røde kerner, rød kolbe; brogede kerner, brogede kolber; røde kerner, hvid kolbe; og hvide kerner, hvid kolbe.

"Vores undersøgelse af majs pericarp farve 1 gen har vist involvering af både små RNA-afhængige og små RNA-uafhængige mekanismer til genundertrykkelse, " sagde Chopra. "Denne undersøgelse afslører det ekstra lag af genregulering af små RNA'er, og forbedrer vores forståelse af, hvordan genekspression reguleres specifikt i det ene væv, men ikke i det andet."

Typisk, når planteavlere opretter nye kultivarer, flere egenskaber, de avler efter, kan forsvinde, eller deres udtryk bliver reduceret i afkommet, han sagde. "Og det, vi ved nu, er på grund af gendæmpning."

En bedre forståelse af, hvordan gendæmpende mekanismer forårsager forsvinden af ​​ønskede egenskaber, har længe været nødvendig, Chopra mener. Det kan være katastrofalt for en landmand at købe frø, der ikke opfører sig i væksten, som de blev lovet af producenten.

Hvis et eller flere gener, der styrer en egenskab, bliver tavse på grund af overlappende DNA-methylering, så forsvinder den egenskab dybest set fra befolkningen.

"Det er et stort tilbageslag for alle, der forsøger at avle efter træk som f.eks. Højt udbytte, som er reguleret af flere gener, " sagde Chopra. "Hvis et eller to af de gener, der er afgørende for højt udbytte, bliver tavse, så kan det reducere det samlede udbytte. "