Това съобщи екип от осем членове на Джоузеф Екър от Института за биологични изследвания The Salk в La Jolle (Калифорния, САЩ). Първият автор на статията е неговият колега Робърт Шмиц.

демонстрира

Това са първите доказателства, че т.нар епигенетичният код на организма, т.е. допълнителен слой биохимични указания в ДНК, може да се развие по-бързо от самия генетичен код, като същевременно влияе върху биологичните признаци.

„Нашите изследвания показват, че не всичко е свързано с гени. Установихме, че тези растения имат епигенетичен код, който е по-гъвкав и има по-голямо въздействие, отколкото си представяхме. Наследството очевидно има компонент, който не разбираме напълно. Възможно е и ние хората да имаме подобен активен епигенетичен механизъм, който определя нашите биологични черти и се предава на нашите деца “, каза Джоузеф Екър.

Той и колегите му анализираха ДНК на горчичното растение Arabidopsis Thaliana, което играе ролята на плъховете в изследванията върху животни при растителни изследвания. Ето защо то стана първото растение, декодирано с ДНК през 2000 година.

Новите методи за бързо картографиране на ДНК в ядрото на клетката, основния генетичен материал или геном, разкриват, че гените, кодирани от тройни комбинации от четири "букви" на ДНК, не винаги определят развитието и резултата на даден организъм, както и неговите физиологични функции и среда на поведение.
Растителните изследвания са допринесли значително за такова заключение. Епигенетичният код беше посочен от характеристики като формата на цветето и цвета на плодовете, които просто не могат да бъдат обяснени от правилата на класическата менделска генетика.

Подобно е и с животните. Например при мишките склонността към затлъстяване се предава между поколенията, което не може да се обясни с разлики в генетичния код на мазнините и бедните животни.
Дори изследванията върху човешки еднояйчни близнаци са предоставили доказателства тук. Те имат различни биологични характеристики, въпреки факта, че са наследили едни и същи ДНК последователности от родителите си.
Всички следи в крайна сметка доведоха до химически маркери, които действат като генетичен контрол върху последователността на самата ДНК.

Често срещаните генетични мутации възникват спонтанно и се наследяват от следващото поколение. По същия начин епигенетичните мутации, т.нар епимутация и впоследствие се разпространява в съответното население. Въпреки това, по-точните обстоятелства, като честотата на тяхното появяване, скоростта на разпространението им и степента на тяхното влияние върху развитието и функцията на биологичните признаци, останаха неясни.
Сега екипът на Джоузеф Екър експериментира с 30 поколения араби. Цялостната промяна между поколенията се оказа сравнително малка. Те обаче ясно документират спонтанната поява на епимутации с много по-висока честота, отколкото с ДНК мутации. Освен това, в етапите, когато тези епимутации са имали много силен ефект върху активността на определени гени.
По-конкретно, те картографираха т.нар метилиране, свързването на метилови групи с генетичен материал, който може да промени генната активност.

Експерименталните арабски жени са били клонинги на един прародител, така че техните ДНК последователности почти не се променят от поколение на поколение. Всички промени между поколенията, наблюдавани в наблюдаваните черти, са били много вероятно да бъдат епигенетични.

„Не бихте могли да правите подобни изследвания върху хората, защото нашата ДНК се смесва във всяко поколение, като комбинира приноса на двамата родители. Въпреки това, за разлика от хората, някои растения се клонират лесно, така че епигенетичният сигнал не изчезва при генетичен шум “, обясни Джоузеф Екър.

Експериментът показа, че във всяко поколение до няколко хиляди места за метилиране върху растителната ДНК се променят спонтанно, без силен натиск от околната среда. Това е само малка част от изчислените шест милиона такива места в арабската ДНК, но около сто хиляди пъти повече от броя на спонтанните промени в ДНК последователността.

Епигенетичният код на растенията и вероятно други организми е съответно много по-нестабилен от техния генетичен код. Учените бяха още по-изненадани от степента, до която редица растителни гени с променено метилиране променяха своята активност, „включваха се“ и „изключваха“ по различен начин. Тоест те иначе контролират клетъчните функции чрез производството на протеини.
Джоузеф Екър разглежда това като едно от първите доказателства, че епигенетичният код може да бъде пренаписан бързо и че има наистина значителни ефекти.

„Тогава просто го забелязахме. Ако приличаме на тези растения под една или друга форма, нашият епигеном може също да претърпи относително бързи спонтанни промени, които биха могли да повлияят масово на нашите биологични черти “, каза той.

Той и екипът му планират да разкрият точните биохимични механизми, чрез които това се случва. По-нататъшно изследване на зависимостта на епигенетичните промени в растенията от фактори на околната среда, като температура. И също така дали епигенетичните промени в растенията дават на растенията по-голяма гъвкавост в реакцията на промените в околната среда.

„Смятаме, че тези епигенетични събития могат да заглушат гените, когато не се нуждаят от тях, и след това да ги включат отново, когато външните условия го изискват“, заключи Джоузеф Екър.
Заедно с колеги той публикува тези ключови открития не само за растителната генетика в предварителния онлайн брой на списание Science (Science Express).