Las plantas dependen de la familia de genes CLASSY para diversificar sus epigenomas

Las plantas dependen de la familia de genes CLASSY para diversificar sus epigenomas

Los genes CLSY modulan los patrones de metilación del ADN en Arabidopsis

LA JOLLA—¿Qué determina cómo se regula el genoma de una célula para garantizar un crecimiento y desarrollo adecuados? Resulta que las partes del genoma que se activan o desactivan en cada tipo de célula o tejido juegan un papel importante en este proceso. Ahora, un equipo de Salk ha demostrado que la familia de genes CLASSY regula qué partes del genoma se desactivan de manera específica para cada tejido. Los CLASSY esencialmente controlan dónde el genoma está marcado por la metilación del ADN: la adición de grupos químicos de metilo al ADN que actúan como etiquetas que dicen "apagar". Debido a que la metilación del ADN existe en diversos organismos, incluidas plantas y animales, esta investigación tiene amplias implicaciones tanto para la agricultura como para la medicina. La obra, publicada en Nature Communications el 11 de enero de 2022, identifica el CLSY genes como factores principales que subyacen a la diversidad epigenética en los tejidos vegetales.

"Ha habido muchas observaciones de que un tipo de célula o tejido tiene un patrón de metilación del ADN diferente al de otro, pero aún no se comprende cómo se modulan las vías de metilación para terminar con diferentes resultados en diferentes tejidos", dice el autor principal. julie ley, profesor asociado en el Laboratorio de Biología Molecular y Celular de Plantas de Salk. “Encontramos lo que CLSYs se expresan en un tejido dado es el mecanismo que controla cómo la maquinaria de metilación del ADN central se dirige a diferentes ubicaciones genómicas en diferentes tejidos”.

El estudio de la metilación del ADN cae dentro del campo de la epigenética: modificaciones moleculares que cambian la forma en que funciona el ADN sin cambiar la secuencia del ADN en sí. Es a la vez un proceso necesario y peligroso. Por ejemplo, ayuda a establecer la identidad celular en un embrión en desarrollo, pero puede causar cáncer más adelante en la vida. En las plantas, los defectos en la metilación del ADN pueden causar defectos de desarrollo y afectar negativamente el rendimiento de los cultivos.

La metilación del ADN está regulada por muchos factores, incluidos ciertos tipos de ARN pequeños. Trabajando con la planta modelo Arabidopsis thaliana, el equipo de Salk descubrió que la familia de genes CLASSY (CLSY 1–4) actúa en diferentes lugares según el tejido, revelando cómo se generan diversos patrones de metilación durante el desarrollo de la planta.

El trabajo actual amplía un estudio previo realizado por Law y su equipo en el que encontraron que en Arabidopsis, la CLSY los genes determinan qué sitios del genoma están metilados, a través de pequeños ARN. El estudio actual aborda la pregunta más amplia de si este proceso puede resultar en diferentes patrones de metilación en diferentes Arabidopsis tejidos: hoja, botón floral, óvulo y roseta.

“Durante mucho tiempo, los científicos han querido saber cómo se generan los diferentes patrones de metilación del ADN durante el desarrollo de las plantas”, dice el primer autor Ming Zhou, profesor asistente en la Universidad de Zhejiang en China y ex becario postdoctoral en el laboratorio de Derecho. "Encontramos diferentes combinaciones de proteínas CLSY presentes en diferentes tejidos, lo que brinda la oportunidad de abordar esta pregunta".

Los investigadores encontraron que CLSY los genes se expresaron de manera diferente dependiendo del tipo de tejido vegetal. Por ejemplo, los cuatro CLSY genes se expresaron en botones florales, mientras que CLSY3 se expresó fuertemente en los óvulos y CLSY1 se expresó en tejidos de hojas y rosetas.

Luego, los investigadores compararon plantas con mutantes CLSY genes contra plantas de tipo salvaje. Descubrieron que dependiendo del tejido, diferentes combinaciones de CLSY los miembros de la familia, o incluso las proteínas CLSY individuales, controlaron pequeños patrones de metilación de ARN y ADN en miles de sitios a lo largo del genoma. Estos hallazgos demuestran la CLSY papel de los genes en la conformación del paisaje epigenético de los tejidos.

Los hallazgos del equipo pueden abrir la puerta a avances en muchas áreas, desde aumentar el rendimiento de los cultivos en plantas hasta informar la medicina de precisión en humanos. “Antes de saber cómo se generaba una diversidad de patrones de metilación del ADN durante el desarrollo, no teníamos la capacidad de manipular ese sistema. Encontrando que el CLSYs controlar la metilación de manera específica para cada tejido representa un gran avance, ya que proporciona a los científicos una forma de alterar los patrones de metilación del ADN con una precisión mucho mayor”, dice Law.

Otros autores incluyeron a Ceyda Coruh, Guanghui Xu, Laura M. Martins, Clara Bourbousse y Alice Lambolez de Salk.

Este trabajo fue apoyado por el NIH, la Fundación Hearst, el Programa de Cien Talentos de la Universidad de Zhejiang, el Centro Paul F. Glenn para la Investigación de la Biología del Envejecimiento en el Instituto Salk, la Fundación Chapman y Helmsley Charitable Trust.

DOI: 10.1038 / 41467-s021-27690-x