Ученые из России, США и Малайзии на примере масличной пальмы, которую выращивают в промышленных целях в Малайзии, изучили фундаментальные принципы метилирования ― так называют одну из модификаций молекулы ДНК без изменения последовательности нуклеотидов.
Культивирование масличной пальмы (Elaeis guineensis) считается важным аспектом экономики Малайзии. В 2020 году в этой стране было произведено порядка 20 млн тонн пальмового масла. Увеличивать производительность позволило клонирование пальм, но оно же и создало новые проблемы, например, появление сомаклонов ― организмов с видимыми нарушениями. У таких деревьев степень патологии могла варьироваться от частично видоизмененного фрукта пальмы до полностью стерильного плода.
Поскольку этот признак оказался обратимым и проявлялся частично, ученые выдвинули гипотезу об эпигенетический природе такой патологии. Эпигенетика ― наука, изучающая функционирование генома: какие участки в нем активны и какие нет. Эпигенетическая регуляция выступает основным механизмом дифференциации клеток, когда в разные периоды развития организма необходимо «включать» одни гены и «выключать» другие.
Эпигенетику сложно или даже невозможно «починить», но можно выявить некоторые эпигенетические факторы на ранних этапах развития плода, отфильтровывая таким образом патологически формирующиеся пальмы. Эта задача и решается совместными усилиями российских, американских и малазийских ученых.
«Мы провели полногеномное бисульфитное секвенирование (WGBS) трех образцов пальм: материнского образца и двух клонов, нормального и патологического. Анализ метилирования выявил общее снижение уровня метилирования по всему геному пальмы, а также участки значимого снижения уровня метилирования», ― сообщила инженер-исследователь лаборатории лесной геномики, аспирант Сибирского федерального университа (СФУ) Елизавета Тараненко.
В ходе работы был изучен ранее описанный в связи с развитием патологического плода пальмы ген EgDEF1, внутри которого расположен «ретроэлемент» под названием Karma. Уровень метилирования в этом гене был значительно ниже в случае патологического образца по сравнению с материнским образцом и другим нормальным клоном. Ученые полагают, что найденные хромосомные участки, включая ген EgDEF1, ― это главные кандидаты на эпигенетический анализ для отбора молодых пальм.
Однако точного механизма снижения метилирования в патологических плодах пока не было установлено. По словам Елизаветы Тараненко, работа над проектом продолжается: исследователи стараются улучшить сборку генома, а также изучить другие эпигенетические механизмы, способные повлиять на качество деревьев масличной пальмы, через малые РНК. Помимо этого, группа ученых СФУ исследует влияние генетического и эпигенетического профиля на наличие жирных кислот и других молекул в составе масла.