Deriváty oxidácie cytozínu, distribúcia a regulácia génov v pohlavných chromozómoch X a Y knôtovky bielej (Silene latifolia)

Primárne karty

ISBN: 978-80-972360-6-9

Deriváty oxidácie cytozínu, distribúcia a regulácia génov v pohlavných chromozómoch X a Y knôtovky bielej (Silene latifolia)

Marcel Hubinský1,2 , Jose Luis Rodriguez Lorenzo , Katarína Ražná ,
1 Biofyzikální ústav Akademie věd České republiky, v.v.i., Brno-Žabovřesky, Česká Republika
2 Katedra genetiky a šlachtenia rastlín FAPZ SPU, Tr. A. Hlinku 2, 949 76 Nitra
xhubinskym@uniag.sk

Silene latifolia (rodina Caryophyllaceae) je modelový organizmus na štúdium vývoja pohlavných chromozómov v rastlinách. Tieto pohlavné chromozómy prešli v priebehu evolúcie niekoľkými zmenami, ktoré zahrňujú potlačenie rekombinácie, akumuláciu repetitivných elementov, epigenetické umlčanie a genetickú degeneráciu. Rôzne štádia vývoja pohlavných chromozómov umožňujú študovať jednotlivé uvedené procesy, ktoré boli opísané práve pri pohlavných chromozómoch rodu Silene. Tieto pohlavné chromozómy pri rode Silene majú rozdielne počty repetitivnych elementov, a predchádzajúci výskum zistil rozdielnu distribúciu epigenetických modifikácii medzi pohlavnými chromozómami X a Y. Jedna z uvedených modifikácii 5-metylcytozín (5-mC) má dôležitú úlohu pri regulácií génov viazaných na pohlavné chromozómy. Výskumom sa však zistili tri nové modifikácie zapojené do regulácie genomickej DNA, a to modifikácie 5-hydroxymetylcytozínu (5-hmC), 5-formylcytozínu (5-fC) a 5-carboxycytozínu (5-caC). V porovnaní s 5-fC a 5-caC je 5-hmC prítomný vo väčších množstvách a v súčasnosti je jediným opísaným derivátom cytozínu v rastlinách. Skutočnosť, že chromozóm Y zastavil svoju expanziu, poskytuje neprekonateľný študijný rámec počas vývoja pohlavných chromozómov S. latifolia. Pomocou pokročilých metód konfokálnej mikroskopie, imunolokalizácie a qPCR sme boli schopní preukázať prítomnosť oxidačných produktov cytozínu v študovanej modelovej rastline.

Poďakovanie: 

Táto práca bola financovaná Českou vedeckou nadáciou, čísla grantov 17-00567S, 16-08698S a 18-06147S.

Zdroje: 

Wang, L. et al. (2015) ‘Molecular basis for 5-carboxycytosine recognition by RNA polymerase II elongation complex’, Nature. doi: 10.1038/nature14482.
Wang, X. L. et al. (2015) ‘Genome-wide mapping of 5-hydroxymethylcytosine in three rice cultivars reveals its preferential localization in transcriptionally silent transposable element genes’, Journal of Experimental Botany. doi: 10.1093/jxb/erv372.
Wu, H. et al. (2011) ‘Genome-wide analysis of 5-hydroxymethylcytosine distribution reveals its dual function in transcriptional regulation in mouse embryonic stem cells’, Genes and Development. doi: 10.1101/gad.2036011.
Yue, X. et al. (2016) ‘Control of Foxp3 stability through modulation of TET activity’, Journal of Experimental Medicine. doi: 10.1084/jem.20151438.
Zhang, H., Lang, Z. and Zhu, J. K. (2018) ‘Dynamics and function of DNA methylation in plants’, Nature Reviews Molecular Cell Biology. doi: 10.1038/s41580-018-0016-z.
Zhao, Y. and Zhou, D. X. (2012) ‘Epigenomic Modification and Epigenetic Regulation in Rice’, Journal of Genetics and Genomics. doi: 10.1016/j.jgg.2012.02.009.
Zhou, T. et al. (2014) ‘Structural Basis for Hydroxymethylcytosine Recognition by the SRA Domain of UHRF2’, Molecular Cell. doi: 10.1016/j.molcel.2014.04.003.
Song, C. X. and He, C. (2011) ‘The hunt for 5-hydroxymethylcytosine: The sixth base’, Epigenomics. doi: 10.2217/epi.11.74.
Rodríguez Lorenzo, J. L., Hobza, R. and Vyskot, B. (2018) ‘DNA methylation and genetic degeneration of the Y chromosome in the dioecious plant Silene latifolia’, BMC Genomics. doi: 10.1186/s12864-018-4936-y.
Pfaffeneder, T. et al. (2011) ‘The discovery of 5-formylcytosine in embryonic stem cell DNA’, Angewandte Chemie - International Edition. doi: 10.1002/anie.201103899.
Liu, S. et al. (2013) ‘Detection of oxidation products of 5-methyl-2′-deoxycytidine in arabidopsis DNA’, PLoS ONE. doi: 10.1371/journal.pone.0084620.
Ito, S. et al. (2011) ‘Tet proteins can convert 5-methylcytosine to 5-formylcytosine and 5-carboxylcytosine’, Science. doi: 10.1126/science.1210597.
Erdmann, R. M. et al. (2015) ‘5-hydroxymethylcytosine is not present in appreciable quantities in Arabidopsis DNA’, G3: Genes, Genomes, Genetics. doi: 10.1534/g3.114.014670.
Bernasconi, G. et al. (2009) ‘Silene as a model system in ecology and evolution’, Heredity. doi: 10.1038/hdy.2009.34.