Растения передают "память" о холодных зимах своим потомкам

Растения избирательно "отключают" некоторые гены при наступлении продолжительных периодов похолодания и передают этот опыт при помощи эпигенетической - дополняющей геном - "памяти", что позволяет их потомкам приспосабливаться к новым климатическим условиям без изменения генома, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

Как правило, наследуемые изменения у животных и растений передаются потомкам в виде мутаций - стойких изменений генотипа. В некоторых случаях гены подавляются или "включаются" при помощи негенетических факторов, в частности, незначительного изменения химического состава нуклеотидов, строительных элементов ДНК. Наследуемая форма таких изменений получила название эпигенетической "памяти".

"Мы давно знали о том, что в управлении цветением задействовано множество генов, и что зимой происходит нечто такое, что заставляет растения распускать цветы раньше или позже в зависимости от продолжительности холодов", - заявил Мартин Говард (Martin Howard) из Центра Джона Иннеса в Норвике (Великобритания).

Группа ученых под его руководством изучала реакцию арабидопсиса (Arabidopsis thaliana) - ближайшего родственника капусты - на похолодание и потепление. Биологи обнаружили, что ген FLC, кодирующий позднее цветение в этих растениях, "выключался" во всех клетках растения и в его семенах при продолжительном похолодании.

"Существует много примеров того, как активность генов изменялась под влиянием новых природно-климатических условий. И в некоторых случаях новые условия могут реально повлиять на жизнедеятельность организма и его потомков, но при этом его геном не изменится", - пояснила одна из участниц исследовательской группы Кэролин Дин (Caroline Dean) из Центра Джона Иннеса.

Авторы статьи обнаружили, что данная форма негенетической памяти формируется при помощи специальных белков-гистонов, которые обычно участвуют в формировании и "скручивании" хромосом. Молекулы гистонов рядом с участком FLC при определенных условиях модифицируются так, что "выключают" этот ген. Эти свойства белка наследуются как при обычном делении клеток, так и при образовании половых клеток.

Ученые вырастили популяцию арабидопсиса, геном которых был изменен так, что клетки с "включенным" геном FLC светились синим цветом при облучении ультрафиолетом. Этот эксперимент показал, что у этого элемента "генетической памяти" арабидопсиса существует только два состояния - "включено" и "выключено".

"Наше исследование дает представление о феномене раннего или позднего цветения в зависимости от климатических условий, что крайне интересно в контексте продовольственной безопасности в будущем", - заключают ученые.