Naukowcy z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu opisali zasady działania mechanizmu epigenetycznego, który umożliwia roślinom szybko przełączyć metabolizm z fotosyntezy i wzrostu na odpowiedź na stres wywołany np. suszą. Wyniki ich prac zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie „Nature Communications”.
Rośliny nie mogą migrować jak zwierzęta, dlatego wytworzyły inne sposoby ochrony przed nagłymi niekorzystnymi zmianami w ich środowisku. W optymalnych warunkach są nastawione na wzrost i rozwój, co jest możliwe dzięki m.in. fotosyntezie. Jednak kiedy panuje susza lub są atakowane przez patogeny bardzo szybko potrafią zahamować wzrost i tak przestawić swój metabolizm, by przetrwać niesprzyjający okres. Zespół prof. Piotra Ziółkowskiego z Wydziału Biologii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu zbadał jeden z mechanizmów epigenetycznych, które rządzą tą transformacją.
Naukowcy z UAM przez wiele lat badali rolę kompleksu acetylotransferazy histonowej NuA4 w regulacji ekspresji genów. W zwykłych roślinach białko – acetylowany histon H2A.Z – wpływa stymulująco na ekspresję genów odpowiedzialnych za fotosyntezę i wzrost. Badacze na drodze edycji genomu (CRISPR-Cas9) wytworzyli mutanty roślin, w których poprzez wyłączenie kompleksu NuA4 zahamowali acetylację histonu H2A.Z. W ten sposób doprowadzili do wyłączenia genów zaangażowanych w proces fotosyntezy oraz produkcji białek. Rośliny były bladozielone, co wskazuje na zahamowanie fotosyntezy, karłowate i rozwijały się bardzo powoli. Jednocześnie, co zaskakujące, uaktywniły się w nich tysiące genów związanych z reakcją na stres, które pozostają wyłączone w zwykłych roślinach. Jak to było możliwe, skoro brak acetylacji histonów jest od kilkudziesięciu lat nieodzownie kojarzony z hamowaniem ekspresji genów?
W momencie, kiedy wyłączyliśmy acetylotransferazę NuA4 histony straciły acetylację, ale jednocześnie zaobserwowaliśmy gwałtowny spadek depozycji histonu H2A.Z do chromatyny. Już z naszych wcześniejszych badań wiedzieliśmy, że histon H2A.Z występuje w dużych ilościach w genach związanych z odpowiedzią na stresy środowiskowe. Dlatego też zaproponowaliśmy, że ekspresja genów stresowych jest hamowana przez obecność nieacetylowanego histonu H2A.Z. W naszych mutantach spadek depozycji H2A.Z umożliwił uruchomienie ekspresji tych genów. Jednocześnie geny fotosyntezy i wzrostu, które wymagają obecności acetylowanego H2A.Z, przestały być eksprymowane – wyjaśnia prof. Ziółkowski.
Badania kierowanego przez niego zespołu mogą w przyszłości pomóc modyfikować rośliny tak, by osiągały równowagę między wzrostem a odpowiedzią na stres. Jest to szczególnie ważne w dobie ocieplenia klimatu, kiedy dotykają nas długotrwałe susze powodujące znaczne szkody w uprawach.
Artykuł zatytułowany NuA4 and H2A.Z control environmental responses and autotrophic growth in Arabidopsis został opublikowany w prestiżowym czasopiśmie „Nature Communications”.
Ewa Konarzewska-Michalak, źródło: www.uniwersyteckie.pl