Når mødre lukker ned for faderens gener i planteembryoner

Hos mennesker og mange andre arter påvirker både gener nedarvet fra moderen og fra faderen, hvordan embryoner udvikler sig. Hos levermosen Marchantia polymorpha har moderen dog total kontrol, som forskere fra Berger-laboratoriet ved GMI nu har afsløret. I en undersøgelse offentliggjort i eLife , viser forskerne, at "moderplanten" har total kontrol og fuldstændig inaktiverer de faderlige gener i sine embryoner for at sikre, at de udvikler sig ordentligt.

Mennesker har to sæt kromosomer, et moderligt og et faderligt, og begge bidrager sædvanligvis med egenskaber til individet, afhængigt af hvilke gener, der kommer til udtryk - det er det, der gør os til "diploide". Men det er ikke tilfældet for alle levende væsener:

Alger og slægtninge til mosser, inklusive leverurtene, tilbringer det meste af deres livscyklus med kun et enkelt sæt kromosomer. Leverurten har kun en kort diploid fase, når det genetiske materiale fra en moder- og en faderlig kønscelle kombineres for at give anledning til et embryo, båret i moderens væv. I denne korte fase som diploid skal planten have en mekanisme på plads til at klare fordoblingen af ​​sit genetiske materiale.

En sådan mekanisme er lyddæmpningen af ​​en kopi af et gen, også kaldet "parental genomic imprinting". Med genomisk prægning kan selv et helt kromosom blive permanent inaktiveret, som det er tilfældet for et af de to X-kromosomer hos kvinder. "Forældregenomisk prægning var kun blevet identificeret i arter, der fornyede ekstraembryonale væv, der kanaliserer næringsstoffer fra moderen til embryoet, som moderkagen hos pattedyr og endospermen i blomstrende planter," siger Frédéric Berger, Senior Group Leader ved GMI-Gregor Mendel Institute i molekylær plantebiologi ved det østrigske videnskabsakademi.

En genomisk mestringsmekanisme ledet af de maternelle gener

Leverurtembryonerne vokser også i moderens væv, men i modsætning til pattedyr involverer deres udvikling ikke ekstraembryonale væv. Med disse faktorer i tankerne satte Berger-forskningsgruppen sig for at undersøge eksistensen af ​​forældregenomiske prægningsmekanismer i Marchantia.

"Vi fandt ud af, at Marchantia fuldstændigt inaktiverer de faderlige kromosomer i embryonet, selv før fusionen af ​​det faderlige og moderlige genom. På denne måde opretholder Marchantia en funktionel haploidi selv under den korte fase, hvor den bliver diploidisk," siger førsteforfatter Sean Montgomery , en nylig ph.d. kandidat fra Berger lab på GMI. Holdet fandt også ud af, at det molekylære mærke, der er afsat på hele de faderlige kromosomer, opretholdes under hele udviklingen af ​​embryonet. "Derfor afhænger embryoudviklingen udelukkende af ekspressionen af ​​moderens gener. På en måde har moderens gener total kontrol. At forstyrre denne proces fører til ekspressionen af ​​de faderlige gener og embryonets død," forklarer Berger.

Krater overfladen af ​​naturens mangfoldighed

Den lyddæmpningsmekanisme, som holdet beskrev i leverurten, er i sig selv ikke ny. Denne målrettede lyddæmpning medieres af Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2). Denne præcise mekanisme var dog endnu ikke blevet forbundet med dæmpningen af ​​hele kromosomer.

Da forfædre til leverurten er betydeligt ældre end pattedyrs eller blomstrende planters, tyder resultaterne på, at prægningsmekanismer udviklede sig meget tidligere, end det er kendt i øjeblikket. Derudover foreslår Berger og hans team, at dette fænomen har udviklet sig flere gange i forskellige livsformer, og at mange prægningsmekanismer mangler at blive opdaget. "Med vores arbejde var vi i stand til at fremhæve et unikt aspekt af biologi, et udsnit af naturens brede mangfoldighed," slutter Montgomery. + Udforsk yderligere

Omvendt rækkefølge:Retningen af ​​dit DNA kan være lige så vigtig som hvilken forælder det kom fra