НОВОСТИ И ОБЪЯВЛЕНИЯ
22 мая 2025г.
Новое исследование: как недавние инсерции транспозонов в геноме влияют на эпигеном и транскриптом растений
Геномы растений содержат миллионы инсерций мобильных элементов (транспозонов), большинство из которых произошли сотни тысячи лет назад. Изучение этих древних инсерций показали их ключевую роль в формировании генетического разнообразия растений, адаптации к новым условиям среды и в появлении ценных сельскохозяйственных признаков. Однако, какие изменения вызывают инсерции транспозонов сразу после их появления в геноме остаётся загадкой. Сотрудники лаборатории маркерной и геномной селекции растений ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии» впервые подробно исследовали, как недавние вставки ретротранспозона ONSEN влияют на транскриптом и эпигеном модельного растения Arabidopsis thaliana. Для этого, с помощью химической активации транспозонов была создана уникальная коллекция растений с многочисленными новыми ("молодые" инсерции) наследуемыми инсерциями LTR ретротранспозона ONSEN. Анализ растений во втором поколении показал, что большинство новых инсерций локализуются в генных областях, обогащённых эпигенетическими метками H3K27me3 и H2A.Z, которые часто связаны с регуляцией экспрессии генов в ответ на стресс. Нанопоровое секвенирование транскриптома полученных растений с инсерциями показало, что новые инсерции редко нарушают основные изоформы генов. Мы обнаружили, что часто происходит альтернативный сплайсинг, в результате чего транспозон полностью оказывается внутри интрона (интронизация) (Рисунок 1). Такой механизм, вероятно, служит защитой растения от негативных последствий новых инсерций, сохраняя стабильность транскриптома.
Кроме того, с помощью нанопорового секвенирования были впервые подробно охарактеризованы паттерны метилирования ДНК для каждой новой копии ONSEN. Было показано, что уже во втором поколении после транспозиции новые инсерции подвергаются точному метилированию, что способствует их эпигенетическому сайленсингу. Интересно, что характер метилирования зависит от положения транспозона в геноме: в гетерохроматине и эухроматине паттерны метилирования заметно различаются (Рисунок 2). Так, в эухроматиновых областях инсерции ONSEN имеют выраженные пики СНН метилирования в концевых последовательностях (LTR), что говорит о действии системы РНК-направленного ДНК метилирования (RdDM). Более того, когда элемент ONSEN, локализованный в гетерохроматине и имеющий соответствующий паттерн метилирования ДНК, делает инсерцию в эухроматине, то паттерн метилирования ДНК новой инсерции меняется на эухроматиновой (RdDM) и существенно отличается от изначальной "материнской" копии элемента.
Полученные результаты показывают, что геном растений обладает многоуровневой системой защиты от новых мобильных элементов, основанной не только на эпигенетических, но и на транскрипционных механизмах. Созданная в работе коллекция растений с новыми генными инсерциями послужит ценным материалом для функциональной геномики растений и дальнейшего изучения последствий инсерций мобильных элементов для растений. Работа выполнена при поддержке Российского Научного Фонда (грант №22-74-10055, руководитель - Киров И.В.).
Результаты работы опубликованы:
Merkulov Pavel, Latypova Anastasiia, Tiurin Kirill, Serganova Melania, Kirov Ilya DNA Methylation and Alternative Splicing Safeguard Genome and Transcriptome After a Retrotransposition Burst in Arabidopsis thaliana // International Journal of Molecular Sciences. – 2025. – Том: 26. – Выпуск: 10. – Номер статьи: 4816. – DOI: 10.3390/ijms26104816
Подробнее с работой можно ознакомиться по ссылке: https://www.mdpi.com/1422-0067/26/10/4816.
Кроме того, с помощью нанопорового секвенирования были впервые подробно охарактеризованы паттерны метилирования ДНК для каждой новой копии ONSEN. Было показано, что уже во втором поколении после транспозиции новые инсерции подвергаются точному метилированию, что способствует их эпигенетическому сайленсингу. Интересно, что характер метилирования зависит от положения транспозона в геноме: в гетерохроматине и эухроматине паттерны метилирования заметно различаются (Рисунок 2). Так, в эухроматиновых областях инсерции ONSEN имеют выраженные пики СНН метилирования в концевых последовательностях (LTR), что говорит о действии системы РНК-направленного ДНК метилирования (RdDM). Более того, когда элемент ONSEN, локализованный в гетерохроматине и имеющий соответствующий паттерн метилирования ДНК, делает инсерцию в эухроматине, то паттерн метилирования ДНК новой инсерции меняется на эухроматиновой (RdDM) и существенно отличается от изначальной "материнской" копии элемента.
Полученные результаты показывают, что геном растений обладает многоуровневой системой защиты от новых мобильных элементов, основанной не только на эпигенетических, но и на транскрипционных механизмах. Созданная в работе коллекция растений с новыми генными инсерциями послужит ценным материалом для функциональной геномики растений и дальнейшего изучения последствий инсерций мобильных элементов для растений. Работа выполнена при поддержке Российского Научного Фонда (грант №22-74-10055, руководитель - Киров И.В.).
Результаты работы опубликованы:
Merkulov Pavel, Latypova Anastasiia, Tiurin Kirill, Serganova Melania, Kirov Ilya DNA Methylation and Alternative Splicing Safeguard Genome and Transcriptome After a Retrotransposition Burst in Arabidopsis thaliana // International Journal of Molecular Sciences. – 2025. – Том: 26. – Выпуск: 10. – Номер статьи: 4816. – DOI: 10.3390/ijms26104816
Подробнее с работой можно ознакомиться по ссылке: https://www.mdpi.com/1422-0067/26/10/4816.
