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Cómo se codifica la información más allá de la secuencia genética en los espermatozoides de las plantas

Cómo se codifica la información más allá de la secuencia genética en los espermatozoides de las plantas
CLSY3 (fusionado con una proteína fluorescente amarilla) se expresa específicamente en las células tapetales que rodean las células germinales. Crédito: Centro John Innes

La información hereditaria se transmite de padres a hijos en el código genético, el ADN y epigenéticamente a través de modificaciones inducidas químicamente alrededor del ADN.


por John Innes Center


Una nueva investigación del Centro John Innes ha descubierto un mecanismo que ajusta estas modificaciones, alterando la forma en que la información más allá del código genético se transmite de generación en generación.

La metilación del ADN, un ejemplo de estas modificaciones epigenéticas, ocurre cuando se agrega un grupo metilo o una capa química al ADN, activando o desactivando un gen o genes.

A medida que las células de la línea germinal (óvulos y espermatozoides) se desarrollan, algunos de los marcadores de metilo se restablecen, lo que afecta la información que se transmite a la siguiente generación.

No está claro cómo funciona este proceso durante la reproducción de las plantas.

La interesante investigación, publicada en Science , revela el mecanismo molecular de la reprogramación de la metilación del ADN en la línea germinal masculina de las plantas.

Dentro de las partes reproductoras masculinas de la planta (las anteras), las células que se dividirán para producir los espermatozoides (meiocitos) están rodeadas de células que las nutren. Estas células nodrizas se denominan células tapetales.

El equipo del Centro John Innes descubrió que las células tapetales producen una gran cantidad de pequeñas moléculas de ARN y observó que esto es causado por una proteína llamada CLSY3, que se encuentra específicamente dentro de las células tapetales en la antera. Se demostró que estos pequeños ARN se mueven desde las células tapetales hacia los meiocitos. Aquí agregan nuevas marcas de metilo a los transposones (elementos genéticos inestables) con el mismo código de ADN.

Cómo se codifica la información más allá de la secuencia genética en los espermatozoides de las plantas
El transposón Gypsy1 está activo (mostrado por fluorescencia amarilla) en las microesporas (progenitores de los espermatozoides) cuando no hay ARN pequeños tapetales. Crédito: Centro John Innes

«Este descubrimiento cambia la forma en que pensamos sobre la herencia epigenética a través de generaciones en las plantas. Los ARN pequeños producidos por las células nodrizas de la línea germinal pueden determinar el metiloma del ADN en los espermatozoides. El papel clave que juegan estos pequeños ARN en la determinación del metiloma del ADN heredado indica una evolución funcional convergente entre la reproducción de plantas y animales «, dice el autor correspondiente, el Dr. Xiaoqi Feng, líder del grupo en el Centro John Innes.

Esta reprogramación evita que los transposones salten en las células germinales y esto protege la integridad del genoma entre generaciones.

En los meiocitos, estos pequeños ARN también se dirigen a genes con secuencias de ADN similares a las de los transposones de origen, lo que ayuda a controlar la expresión génica y facilita la meiosis, un tipo de división celular que conduce a la producción de espermatozoides.

Los hallazgos tienen una amplia aplicación en los reinos vegetal y animal y proporcionan una nueva pista vital para la comunidad mundial de investigadores que estudian la epigenética. Trabajos anteriores han demostrado que los cultivos de cereales , como el maíz y el arroz, tienen ARN pequeños tapetales similares, sin embargo, no estaba claro por qué estos ARN pequeños son importantes para la fertilidad y el rendimiento. El conocimiento mecanicista generado por este estudio apunta a nuevas direcciones de investigaciones y puede ayudar a desarrollar la biotecnología para apuntar a la metilación del ADN en cultivos comerciales.

El primer autor conjunto, el Dr. Jincheng Long, dijo: «Nuestro estudio podría abrir una nueva vía de biotecnología de cultivos. Por ejemplo, a través de la manipulación de pequeñas metilaciones de ADN dirigidas por ARN de las células que contribuyen directamente a la formación de semillas y al proceso de reproducción».

El estudio también es importante en términos biológicos fundamentales, explica el primer autor conjunto, el Dr. James Walker, «Nuestro trabajo demuestra que la herencia epigenética paterna está determinada por las células tapetales, que impulsan la reprogramación a una escala sin precedentes en las plantas.

«El mecanismo molecular que reveló nuestro trabajo lleva nuestra comprensión de la metilación del ADN de novo al siguiente nivel, mostrando cómo se establecen nuevas marcas de metilo en sitios específicos en células específicas».



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