DNA methylation เป็นหนึ่งในกลไก epigenetic หลายประการที่สำคัญในการควบคุมการแสดงออกของยีนในสิ่งมีชีวิตที่มียูคาริโอต
อราบิดอปซิส ทาเลียนา- เครดิตรูปภาพ: Carl Davies, CSIRO / CC BY 3.0
DNA methylation เป็นกระบวนการทางชีววิทยาปกติในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตโดยเติมกลุ่มสารเคมีขนาดเล็กที่เรียกว่ากลุ่มเมทิลเข้าไปใน DNA
กิจกรรมนี้จะควบคุมว่ายีนใดที่เปิดและปิด ซึ่งจะส่งผลต่อลักษณะที่แตกต่างกัน รวมถึงวิธีที่สิ่งมีชีวิตตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมด้วย
ส่วนหนึ่งของงานนี้เกี่ยวข้องกับการปิดเสียงหรือปิดบางส่วนของ DNA ที่เคลื่อนที่ภายในจีโนมของสิ่งมีชีวิต
สิ่งที่เรียกว่ายีนกระโดดหรือทรานสโพซอนสามารถทำให้เกิดความเสียหายได้หากไม่ได้รับการควบคุม
กระบวนการทั้งหมดถูกควบคุมโดยเอนไซม์ แต่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและพืชได้พัฒนาเอนไซม์ที่แตกต่างกันเพื่อเพิ่มกลุ่มเมทิล
สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีเอนไซม์หลักเพียงสองเอนไซม์ที่เพิ่มกลุ่มเมทิลในบริบท DNA เดียว แต่จริงๆ แล้วพืชมีเอนไซม์หลายตัวที่ทำอย่างนั้นในบริบท DNA สามบริบท ศาสตราจารย์ Xuehua Zhong นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยกล่าวมหาวิทยาลัยวอชิงตันในเมืองเซนต์หลุยส์-
?นี่คือจุดเน้นของการศึกษาของเรา คำถามคือ ทำไมพืชถึงต้องการเอนไซม์เมทิลเลชั่นเพิ่มเติม??
?ยีนบางอย่างหรือการรวมกันของยีนมีส่วนทำให้เกิดลักษณะหรือลักษณะบางอย่าง?
?หากเราค้นพบวิธีการควบคุมพวกมันอย่างแม่นยำ เราก็สามารถหาวิธีสร้างสรรค์เทคโนโลยีของเราเพื่อการปรับปรุงพืชผลได้?
ศาสตราจารย์จงและเพื่อนร่วมงานของเธอมุ่งเน้นไปที่เอนไซม์สองตัวที่พบในพืชโดยเฉพาะ ได้แก่ CMT3 และ CMT2
เอนไซม์ทั้งสองมีหน้าที่ในการเพิ่มกลุ่มเมทิลลงใน DNA แต่ CMT3 เชี่ยวชาญในส่วนของ DNA ที่เรียกว่าลำดับ CHG ในขณะที่ CMT2 เชี่ยวชาญในส่วนต่าง ๆ ที่เรียกว่าลำดับ CHH
แม้จะมีความแตกต่างในการทำงาน แต่เอนไซม์ทั้งสองก็เป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มโครโมเมทิลเลส (CMT) เดียวกัน ซึ่งพัฒนาผ่านเหตุการณ์การทำซ้ำที่ทำให้พืชได้รับสำเนาข้อมูลทางพันธุกรรมเพิ่มเติม
โดยใช้พืชต้นแบบทั่วไปที่เรียกว่าผู้เขียนศึกษาได้ตรวจสอบว่าเอนไซม์ที่ทำซ้ำเหล่านี้พัฒนาการทำงานที่แตกต่างกันไปตามกาลเวลาได้อย่างไร
พวกเขาค้นพบว่าบางแห่งตามเส้นเวลาวิวัฒนาการ CMT2 สูญเสียความสามารถในการสร้างลำดับเมทิลเลต CHG เนื่องจากขาดกรดอะมิโนสำคัญที่เรียกว่าอาร์จินีน
?อาร์จินีนมีความพิเศษเพราะมีประจุ? Jia Gwee นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจากมหาวิทยาลัยวอชิงตันในเมืองเซนต์หลุยส์กล่าว
?ในเซลล์ มีประจุบวกจึงสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนหรือปฏิกิริยาทางเคมีอื่นๆ ได้ เช่น DNA ที่มีประจุลบ
?อย่างไรก็ตาม CMT2 มีวาลีนกรดอะมิโนที่แตกต่างกัน Valine ไม่ถูกเรียกเก็บเงิน ดังนั้นจึงไม่สามารถจดจำบริบท CHG เช่น CMT3 ได้ นั่นคือสิ่งที่เราคิดว่ามีส่วนทำให้เกิดความแตกต่างระหว่างเอนไซม์ทั้งสองชนิดนี้?
เพื่อยืนยันการเปลี่ยนแปลงเชิงวิวัฒนาการนี้ นักวิจัยได้ใช้การกลายพันธุ์เพื่อเปลี่ยนอาร์จินีนกลับเป็น CMT2
ตามที่พวกเขาคาดไว้ CMT2 สามารถดำเนินการทั้งเมทิลเลชัน CHG และ CHH สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าเดิมที CMT2 นั้นซ้ำกับ CMT3 ซึ่งเป็นระบบสำรองข้อมูลเพื่อช่วยแบ่งเบาภาระเนื่องจาก DNA มีความซับซ้อนมากขึ้น
?แต่แทนที่จะคัดลอกฟังก์ชั่นดั้งเดิม กลับพัฒนาสิ่งใหม่ขึ้นมาแทน? ศาสตราจารย์จงกล่าวว่า
งานวิจัยนี้ยังให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ของ CMT2
เอนไซม์นี้มีปลาย N ที่ยืดหยุ่นและยาวซึ่งควบคุมความคงตัวของโปรตีนในตัวมันเอง
?นี่คือหนึ่งในวิธีที่พืชพัฒนาเพื่อความคงตัวของจีโนมและเพื่อต่อสู้กับความเครียดจากสิ่งแวดล้อม? ศาสตราจารย์จงกล่าวว่า
?คุณสมบัตินี้อาจอธิบายได้ว่าทำไม CMT2 ถึงพัฒนาในพืชที่เติบโตในสภาวะที่หลากหลายทั่วโลก?
ที่ผลลัพธ์ปรากฏในวารสารวันนี้ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์-
-
เกวและคณะ2024.ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ในสื่อ; ดอย: 10.1126/sciadv.adr2222
