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

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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.

Una nueva investigación del Centro John Innes ha descubierto un mecanismo que regula estos cambios al alterar 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 uno o más genes.

A medida que se desarrollan las células germinales (óvulos y espermatozoides), se restauran algunos de los marcadores de metilo, 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 apasionante investigación, publicada en Ciencias, 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 espermatozoides (miocitos) 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 ha demostrado que estos pequeños ARN se mueven de las células tapetales a los miocitos. Aquí agregan nuevos signos de metilo a los transposones (elementos genéticos inestables) con el mismo código de ADN.

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

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

En los miocitos, estos diminutos ARN también se dirigen a genes con secuencias de ADN similares a los transposones fuente, lo que ayuda a controlar la expresión génica y facilita la meiosis, un tipo de división celular que conduce a la producción de esperma.

Los hallazgos tienen una amplia aplicación en los reinos vegetal y animal y proporcionan una nueva pista vital para la comunidad global de investigadores que estudian la epigenética. Trabajos anteriores han demostrado que los cultivos de cereales, como el maíz y el arroz, tienen ARN tapetal pequeños 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 investigación y puede ayudar a desarrollar 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 para la biotecnología de cultivos. Por ejemplo, mediante la manipulación de la metilación del ADN dirigida por pequeñas células de ARN 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 coautor, 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 impulsa nuestra comprensión de la metilación del ADN de novo al siguiente nivel al mostrar cómo se establecen nuevos signos de metilo en sitios específicos en células específicas».

Video: https://www.youtube.com/watch?v=bqsOsYz69dw&t=5s

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Centro John Innes. Nota: El contenido se puede cambiar por estilo y longitud.

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