Исследование растений внесло самый значимый вклад в эпигенетику
Самый ощутимый вклад в эпигенетику при исследовании различных растительных моделей внесли сведения из семеноводства. Определенные данные о различии организации эу- и гетерохроматина были получены в результате цитологического анализа мхов ( Heitz, 1928 ). Первым доказательством так называемой неменделевской генетики ( Chandler and Stam, 2000 , Chandler and Stam, 2004 ) было обнаружение наследуемой, но обратимой экспрессии генов при взаимодействии аллелей у томатов и кукурузы, позднее названной парамутацией ; это же выявлено теперь и у млекопитающих. Постоянное появление у растений цветков с измененной симметрией ("peloria" или монстры) описано еще Карлом Линнеем; сегодня это могло бы объясняться образованием эпиаллели - стабильной эпигенетической модификацией регуляторного гена с такой же нуклеотидной последовательностью, как и у экспрессируемого гена ( Cubas et al., 1999 ). В результате цитологического анализа растений выявлены существенные изменения во вторичной организации хромосом, которые оказались связанными с ядрышковым доминированием, с замолканием одного из наборов родительских генов рибосомных РНК у межвидовых гибридов, что определяется эпигенетической регуляцией ( Pikaard, 2000 ). Пионерские исследования лауреата Нобелевской премии Барбары МакКлинток и других ученых транспозиции генетических элементов у кукурузы выявили множественные связи между генетикой и эпигенетической регуляцией ( Fedoroff and Chandler, 1994 ). На самом деле именно анализ теперешних транспозонов и их дегенерированных останков послужил основанием для выявления эпигенетических модификаций в растительных геномах.
Когда техника трансгеноза стала уже рутинной в конце 1980 годов, благодаря использованию генетических маркеров были неожиданно достигнуты значительные успехи в исследовании эпигенетики табака, петуньи и арабидопсиса ( Jorgensen, 2003 ; Matzke and Matzke, 2004 ). Была сформулирована концепция гомологичного замалчивания генов , когда стало ясно, что замалчивание генов часто коррелирует с наличием множественных копий связанных или несвязанных трансгенов. Разные случаи гомологичного замолкания генов обусловлены либо усиленным обменом мРНК (посттранскрипционное замалчивание генов, ПЗГ, PTGS ) или репрессией транскрипции (транскрипционное замалчивание генов, ТЗГ, TGS ). Оба эти процесса коррелировали с увеличением цитозинового метилирования молчащих генов. Наиболее яркий пример ПЗГ у трансгенной петунии вначале был назван "косупрессией". Были осуществлены попытки изменить окраску цветков путем усиления экспрессии генов халконсинтазы ( CHS ), определяющих пурпурную окраску лепестков, от пестрой до почти полностью белой. Потеря окраски была обусловлена скоординированным замалчиванием CHS трансгена и эндогенного CHS гена ( Jorgensen, 2003 ). ПЗГ связано с интерферирующими PHK( PHKi ), которые позже выявлены у Caenorhabditis elegans и других организмов.
В середине 1990-х годов была выявлена связь между ПЗГ и устойчивостью к вирусам. ПЗГ оказалось природным механизмом защиты растений от несанкционированной репликации вирусов, которые могут быть как индукторами, так и мишенью для ПЗГ. Это было установлено в опытах по замалчиванию генов у растений путем использования специально сконструированных вирусных векторов с последовательностями, гомологичными генам-мишеням, что и приводило к индуцированному вирусом замалчиванию генов (( VIGS ; Burch-Smith et al., 2004 ). Наряду с этим было открыто метилирование ДНК, направляемое РНК ( RdDM ) у зараженных вироидами растений. Это послужило первым указанием на то, что РНК, воздействуя на ДНК по принципу обратной связи, может вызывать эпигенетические модификации ( Wassenegger et al., 1994 ). Этот принцип был успешно использован для транскрипционной инактивации и метилирования промоторов с помощью специальных двутяжевых РНК.
