Het transcriptieproces (afb: WikiMedia Commons)

Het leven is ooit begonnen met eencelligen, maar op een gegeven moment hebben die hun boeltje bij elkaar gegooid en ontstonden en meercellige organismen. Het lijkt er om dat dat ‘samenwonen’ zich bij planten anders ontwikkeld heeft als bij dieren. Dieren en planten hebben verschillende oplossingen om een ​​groter organisme te vormen, zoals de noodzaak om te communiceren en zich op elkaar in te stellen, om voedingsstoffen te delen en te transporteren en om gespecialiseerde structuren te vormen. Zo blijkt ook de transcriptie, het aflezen van de genen op boodschapper-RNA bij planten anders dan bij dieren, zagen onderzoekers rond Magnus Nordborg van het Gregor Mendelinstituut in Wenen.
Een probleem zou kunnen zijn dat alle cellen in een meercellig organisme dezelfde genetische code hebben, maar dat ze een verschillende functie (moeten) hebben. Een wortelcel moet zich, bijvoorbeeld, richten naar waterbronnen en zwaartekracht, terwijl cellen in de bladeren de energie van de zon omzetten in chemische energie. Dat geldt natuurlijk ook voor dieren.
Om verschillende resultaten te bereiken met dezelfde onderliggende code, sleutelen cellen aan de manier waarop de code wordt uitgelezen, in wat transcriptionele regulatie wordt genoemd. Ook op dat terrein zijn de oplossingen van planten en dieren fundamenteel verschillend.

“Veel van wat we tot nu toe weten over transcriptionele regulatie in planten is gebaseerd op onderzoek bij dieren en gisten”, zegt Yoav Voichek, postdoc in het lab van Magnus Nordborg en co-auteur. “We wilden op een onbevooroordeelde manier naar planten kijken, waardoor het mogelijk wordt mechanismen en processen bloot te leggen die uniek zijn voor planten.”
De onderzoekers zochten bij vier plantensoorten – maïs,het bekende labplantje zandraket, tomaat en de tabaksplantachtige Nicotiana benthamiana – naar sequenties in hun DNA die de transcriptie beïnvloeden. De transcriptiestartplaats (TSS) is de de plek op een gen waar de transcriptie begint. De onderzoekers identificeerden ‘stroomafwaarts’ een gebied van de TSS dat centraal staat voor transcriptionele regulatie.

Nieuwigheid

Door goed te kijken naar hoe de sequenties de transcriptie reguleren, ontdekten ze een (voor hun) nieuwigheid in de transcriptionele regulatie. Voichek: “Het verrassendst is dat wanneer we de positie van deze regulerende sequentie verwisselen en deze stroomopwaarts van de startplaats van de transcriptie plaatsen, deze niet langer de transcriptie aanstuurt.” Dat druist in tegen wat je zou verwachten als je kijkt naar transcriptionele regulatie bij dieren. Bij dieren zijn regulerende sequenties positie-onafhankelijk, omdat het verwisselen van hun positie niets verandert aan de manier waarop ze de transcriptie reguleren.

Binnen de regulerende sequentie ontdekten de onderzoekers een sequentiemotief, bestaande uit de GATC-basen, dat de genexpressie sterk aanstuurt. “Het sequentiemotief heeft een krachtiger invloed op de transcriptie dan welk DNA-motief dan ook dat zich stroomopwaarts van de TSS bevindt”, legt Voichek uit. Het motief is evolutionair goed bewaard en wordt aangetroffen in alle vaatplanten, dat wil zeggen alle landplanten behalve mossen, hoornblad en levermos.
De manier waarop dat GATC-motief de transcriptie beïnvloedt, illustreert hoe regulerende sequenties de transcriptie in verschillende celtypen kunnen verfijnen. Voichek: “Hoe hoger het aantal van deze motieven stroomafwaarts van de TSS, hoe sterker het gen tot expressie komt (hoe meer bij het gen behorend eiwit aanmaakt; as). Het motief werkt als een reostaat (regelweerstand; as), die genen fijn afstemt die in alle celtypen tot expressie moeten worden gebracht, maar op verschillende niveaus.”
Nu willen de onderzoekers ook ontdekken hoe het GATC-motief controle uitoefent op de transcriptie. “Onze studie verandert niet alleen het begrip van transcriptieregulatie in planten, maar onderstreept ook dat we transcriptie in een diverse reeks organismen moeten bestuderen om ons begrip van de biologie te verbreden”, zegt de postdoc.

Bron: Alpha Galileo