Hoe sturen plantencellen hun epigenoom?

Zandraket

Zandraket (Arabidopsis thaliana)

Wat er met ons lichaam gebeurt staat allemaal opgetekend in het genoom, maar er zijn zo’n tweehonderd verschillende cellen in ons lichaam die ook nog eens reageren op hun omgeving. Dan komt het epigenoom om de hoek kijken, het systeem dat de activiteit van de genen bepaalt. Onderzoekers in Japan zijn bij planten eens gaan kijken hou dat epigenoom in elkaar steekt. Het lijkt er op dat dat epigenoom weer ingewikkelder in elkaar steekt dan gedacht, waarbij genen het zwijgen wordt opgelegd en springende genen aan banden worden gelegd, maar dat in een ingewikkeld samenspel met stress- en ontwikkelingsgenen.
“Deze studie laat zien hoe en waar cellen de transcriptie (‘afschrijving op boodschapper-RNA; as) over het hele genoom onderdrukken” zegt Le Ngoc Tu, onderzoeker bij de afdeling plantenepigenetica van het OIST in Okinawa. “We vonden dat dat vitaal was om ervoor te zorgen dat genen die betrokken zijn bij ontwikkeling en stressreacties goed functioneren.”
Tijdens de transcriptie wordt een gen van DNA gekopieerd in de vorm van boodschapper-RNA. Die moleculen worden als mal voor een eiwit gebruikt. De cellen kunnen de mate van aanmaak sturen via chemische codes op het DNA of op de histonen, de eiwitten waarin het DNA verpakt zit.
De regulering van de aanmaak van eiwitten is volgens de onderzoekers wezenlijk voor het in bedwang houden van de transposons, de springende genen. Zo’n transposon kan vrij gemakkelijk van plaats veranderen op het genoom en doet dat ook nogal eens. “Die transposons zijn de parasieten van het genoom”, zegt hoogleraar Hidetoshi Saze. “Die bevorderen hun eigen expressie (activiteit; as) ten koste van het organisme. Als een transposon actief is dan wordt er een eiwit geproduceerd die dat gen naar een andere plaats op het genoom leidt met een knip-en-plak- of kopieer-en-plakactiviteit.”

Springende genen worden meestal rustig gehouden zodat ze de boel niet in de war kunnen schoppen, maar soms, bij spanning bijvoorbeeld, worden bij planten die transposonen weer geactiveerd. Die vervullen namelijk een functie in de variabiliteit van planten (en andere organismen). Dergelijke mutaties kunnen goed uitpakken voor de overleving van, in dit geval, de plant in een zich veranderende omgeving. Le: “Wij proberen er achter te komen hoe plantencellen die transposonen herkennen en reguleren. Wat we nu gedaan hebben is een belangrijke eerste stap.”

Mutanten

Onderzoekers bekeken diverse mutanten van het plantje zandraket (Arabidopsis thaliana), een bekend onderzoeksobject. Daarbij is elke mutant een bepaalde epigenetische route geblokkeerd. Vervolgens bekeken ze bij de genen waar het transcriptiestartpunt (tsp) zich bevond (punt waar vanaf het DNA gekopieerd wordt op RNA). Vele van die tsp’s waren alleen actief in de epigenetische mutanten.
Saze: “Veel van die tsp’s waren niet eerder ontdekt aangezien ze geheel onderdrukt worden in de wilde varianten. De ontdekking van deze verborgen tsp’s is van grote waarde voor toekomstig epigenetisch onderzoek bij planten.”

Zo zagen de onderzoekers dat een mutatievariant buitengewoon veel verborgen tsp’s had. Het gen dat deze mutant miste codeerde voor een eiwit dat de DNA-methylering onderhoudt, een manier om de genactiviteit te regelen. Op die plaatsen wordt het DNA steviger verpakt in de histonen waardoor transcriptie van de bijbehorende genen zo niet onmogelijk dan toch erg moeilijk wordt. Le: “Het grote aantal verborgen tsp’s dat geactiveerd wordt als de DNA-methylering niet meer werkt geeft aan hoe belangrijk het is genen te deactiveren.”

histonverpakking DNA

Door methylering (rood) wordt de histonverpakking steviger waardoor transcriptie wordt geblokkeerd (afb: OIST)

De onderzoekers vonden ook een verband tussen de transposons en de verborgen tsp’s: zo’n tweederde had te maken met springende genen. Die werden langer en heftiger gemethyleerd dan transposons zonder verborgen tsp. Volgens Le duidt dat er op dat transposons met een verborgen tsp jonger en intact zijn en in staat zijn om rond te springen op het genoom. “Daarom worden ze onderdrukt.”
Het bleek als verborgen tsp’s werden geactiveerd dat ook de activiteit van genen beïnvloedde in de buurt die met ontwikkeling en stress hebben te maken. De onderzoekers studeren er nog op wat je daar uit moet concluderen. Saze: “Er is eerder ondeerzoek dat aantoont dat als transposons achteruit gaan planten de tsp’s kunnen aanpassen om de activiteit van de naburige genen te beïnvloeden. Het effect van de geactiveerde verborgen tsp’s op stress- en ontwikkelingsgenen suggereert dat planten die tsp’s kunnen gebruiken om zich aan te passen aan de veranderde omstandigheden.”
De onderzoekers hopen in de toekomst meer klaarheid te kunnen geven over die verborgen tsp’s en hoe die de activiteit van hun buren beïnvloeden. Saze: “Wellicht komen we zo meer te weten over hoe planten reageren op veranderingen zoals aardopwarming, droogte en verschraling van de bodem. Dan is het misschien mogelijk nieuwe soorten te ontwikkelen die daar beter tegen bestand zijn.”

Bron: Alpha Galileo

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.