stringtranslate.com

РНК-направленное метилирование ДНК

Обзор нескольких биологических функций RdDM. Вверху слева: подавление TE с помощью RdDM предотвращает активацию и транспозицию TE. Без RdDM активные TE могут свободно транспонироваться в гены или промоторы, что может нарушить экспрессию генов или привести к мутантному белку. Вверху справа: RdDM участвует в нескольких аспектах развития; например, RdDM влияет на время цветения, подавляя FWA. В пыльце TE активируются в опорной клетке, что приводит к образованию sRNA для RdDM, которые перемещаются в зародышевую клетку, чтобы усилить подавление TE. Внизу слева: sRNA, участвующие в RdDM, мобильны и могут перемещаться между клетками через плазмодесмы или системно через сосудистую сеть, поэтому подавление, опосредованное RdDM, может распространяться от точки своего происхождения до дистальных тканей. Внизу справа: RdDM участвует в нескольких абиотических стрессовых реакциях, включая реакцию на тепловой шок, и может подавлять TE, которые в противном случае стали бы активными и транспонировались при тепловом стрессе. RdDM также участвует в защите от патогенов и может подавлять вирусную ДНК (либо как вирусную минихромосому, как показано, либо как интегрированный провирус) с использованием sRNA, полученных из вирусных мРНК.

РНК-направленное метилирование ДНК (RdDM) — это биологический процесс, в котором некодирующие молекулы РНК направляют добавление метилирования ДНК к определенным последовательностям ДНК. Путь RdDM уникален для растений , хотя другие механизмы РНК-направленной модификации хроматина также были описаны у грибов и животных . На сегодняшний день путь RdDM лучше всего охарактеризован у покрытосеменных (цветковых растений), и в частности у модельного растения Arabidopsis thaliana . Однако консервативные компоненты пути RdDM и связанные с ними малые РНК (мРНК) также были обнаружены у других групп растений, таких как голосеменные и папоротники . Путь RdDM очень похож на другие пути мРНК, в частности на высококонсервативный путь РНКi, обнаруженный у грибов, растений и животных. Оба пути — RdDM и РНКi — производят мРНК и включают консервативные белки Argonaute , Dicer и РНК-зависимые РНК-полимеразы .

RdDM участвует в ряде регуляторных процессов в растениях. Метилирование ДНК, добавляемое RdDM, обычно связано с транскрипционной репрессией генетических последовательностей, на которые нацелен этот путь. Поскольку паттерны метилирования ДНК в растениях наследуются, эти изменения часто могут стабильно передаваться потомству. В результате одной из важных ролей RdDM является стабильное трансгенерационное подавление активности транспозируемых элементов (TE). RdDM также связан с защитой от патогенов , реакцией на абиотический стресс и регуляцией нескольких ключевых переходов развития. Хотя путь RdDM имеет ряд важных функций, мутанты с дефектом RdDM в Arabidopsis thaliana жизнеспособны и могут размножаться, что позволило провести подробные генетические исследования пути. Однако мутанты RdDM могут иметь ряд дефектов в разных видах растений, включая летальность, измененные репродуктивные фенотипы, повышенную регуляцию TE и нестабильность генома, а также повышенную чувствительность к патогенам. В целом, RdDM является важным путем в растениях, который регулирует ряд процессов путем установления и усиления специфических паттернов метилирования ДНК, что может приводить к трансгенерационным эпигенетическим эффектам на экспрессию генов и фенотип .

Биологические функции

RdDM участвует в ряде биологических процессов в растении, включая реакции на стресс, межклеточную коммуникацию и поддержание стабильности генома посредством подавления TE.

Подавление транспозонных элементов и стабильность генома

TE — это фрагменты ДНК, которые при экспрессии могут перемещаться по геному посредством механизма копирования и вставки или вырезания и вставки. Новые вставки TE могут нарушить кодирование белков или регуляторные последовательности генов, что может нанести вред или убить клетку-хозяина или организм. [1] В результате у большинства организмов есть механизмы предотвращения экспрессии TE. Это особенно важно в геномах растений, которые часто богаты TE. Некоторые виды растений, включая такие важные культуры, как кукуруза и пшеница , имеют геномы, состоящие более чем на 80% из TE. [1] [2] RdDM играет ключевую роль в подавлении этих мобильных элементов ДНК в растениях, добавляя метилирование ДНК к новым вставкам TE и постоянно усиливая метилирование ДНК к существующим TE, ингибируя транспозицию и поддерживая долгосрочную стабильность генома . [3] Хотя сам механизм RdDM уникален для растений, использование метилирования ДНК для подавления TE является распространенной стратегией среди эукариот. [4]

RdDM в первую очередь нацелен на небольшие TE и фрагменты TE вблизи генов, которые обычно находятся в открытых, доступных эухроматиновых регионах генома, которые являются пермиссивными для экспрессии генов. [3] [5] В этих регионах «активное» состояние хроматина имеет тенденцию распространяться от экспрессируемых генов к близлежащим репрессированным регионам, таким как TE, что может привести к активации и транспозиции этих TE. [3] Непрерывная активность RdDM противодействует распространению активного хроматина, поддерживая молчаливое, репрессивное гетерохроматиновое состояние над TE в этих в противном случае эухроматиновых регионах. В свою очередь, активность RdDM рекрутирует другие пути, которые помогают устанавливать и распространять молчаливое гетерохроматиновое состояние (см. «Взаимодействие между RdDM и другими путями модификации хроматина»). Из-за самоусиливающейся природы этих путей подавления избыточная активность RdDM может также привести к тому, что молчащее гетерохроматиновое состояние хроматина над TE распространится на близлежащие гены и подавит их, что может иметь потенциально вредные последствия для организма. [3] [5] Поэтому активность RdDM должна быть тонко настроена для поддержания баланса между подавлением TE и разрешением экспрессии близлежащих генов. [3]

Помимо поддержания стабильного подавления TE, RdDM может также инициировать транскрипционное подавление чужеродной ДНК, включая новые вставки TE, последовательности, полученные из вирусов, и трансгены (см. также «Биотические стрессы» и «Подавление трансгенов» ниже). [6] [7] [8] [9] [10] Когда TE интегрируются вблизи генов, подавление TE, опосредованное RdDM, часто влияет на экспрессию генов. [3] [1] Однако это не всегда пагубно и иногда может быть преодолено другими процессами [11] или изменять экспрессию генов способами, полезными для растения. С течением времени эволюции полезные TE могут стать важной частью механизма, с помощью которого регулируется ген. [3] [1] В одном примере ген ROS1 находится рядом с небольшим гелитронным TE, который обычно метилируется RdDM. [12] [13] Хотя метилирование ДНК обычно связано с репрессией транскрипции, в локусе ROS1 это не так . Вместо этого метилирование гелитронного TE способствует экспрессии ROS1 , поэтому экспрессия ROS1 теряется у мутантов пути RdDM, которые не могут метилировать TE. [12] [13] Интересно, что ROS1 кодирует ДНК-гликозилазу, которая функционирует для удаления метилирования ДНК из генома. [14] Связь между экспрессией ROS1 и активностью RdDM в этом TE гарантирует, что активность метилирования и деметилирования ДНК остается в равновесии, помогая поддерживать гомеостаз метилирования ДНК по всему геному. [12] [13] Таким образом, регуляция TE, опосредованная RdDM, может привести к полезным регуляторным результатам.

Некоторые TE развили механизмы подавления или избегания сайленсинга на основе RdDM, чтобы облегчить собственную пролиферацию, что привело к эволюционной гонке вооружений между TE и их геномами хозяина. В одном примере было обнаружено, что последовательность, полученная из TE, производит sRNA, которые запускают посттранскрипционную репрессию компонента пути RdDM, ингибируя RdDM. [15] Эта последовательность могла помочь исходному TE избежать сайленсинга на основе RdDM и встроиться в геном хозяина.

Изучение того, как RdDM нацеливается и подавляет различные типы TE, привело ко многим важным открытиям в работе механизма RdDM. Ретротранспозон EVADÉ ( EVD ) был одним из первых TE, для которого было специально показано подавление sRNA, полученными из RdDM. [16] Более поздние работы использовали EVD для отслеживания механизма, с помощью которого новая вставка TE подавлялась, что выявило важную механистическую связь между посттранскрипционным подавлением генов и RdDM. [9] Исследования других ретротранспозонов, включая ONSEN , который регулируется как RdDM, так и тепловым стрессом, [17] [18] и TE семейства Athila, [10] среди многих других, также предоставили ценную информацию о подавлении TE, опосредованном RdDM.

Развитие и размножение

Ряд эпигенетических изменений, необходимых для нормального развития и размножения цветковых растений, включают RdDM. В хорошо изученном примере RdDM требуется для репрессии гена FWA , что позволяет правильно определять время цветения у Arabidopsis. [19] Промотор FWA содержит тандемные повторы, которые обычно метилируются RdDM, что приводит к репрессии транскрипции. [20] Потеря этого метилирования повторно активирует экспрессию FWA , вызывая фенотип позднего цветения. [19] [20] Потеря метилирования ДНК и связанный с ней фенотип позднего цветения могут стабильно передаваться потомству. Поскольку деметилированный аллель fwa приводит к стабильному наследуемому изменению экспрессии FWA без каких-либо изменений в последовательности ДНК, это классический пример эпиаллеля .

Мутации в пути RdDM могут сильно влиять на формирование гамет и жизнеспособность семян, особенно у видов растений с высоким содержанием TE, таких как кукуруза и Brassica rapa , подчеркивая важность этого пути в воспроизводстве растений. [21] [22] [23] Во время формирования гамет было выдвинуто предположение, а в некоторых случаях и показано, что RdDM помогает усилить подавление TE в зародышевых клетках . [24] [25] Как в пыльце, так и в семяпочках, опорная клетка подвергается эпигенетическому перепрограммированию, теряя метилирование ДНК и другие эпигенетические метки в ряде локусов, включая TE. [26] [24] Это вызывает повторную активацию TE и стимулирует выработку sRNA, полученных из RdDM, против этих TE в опорных клетках. Затем считается, что sRNA перемещаются из опорной клетки в зародышевую клетку, чтобы усилить подавление TE в следующем поколении. Это явление наблюдалось в пыльце, но пока не было окончательно продемонстрировано в семяпочке. [27] [28] Эта роль sRNA в растениях напоминает роль piRNA в развитии зародышевой линии у Drosophila и некоторых других животных. [29] [30] Аналогичное явление может также происходить в корнях для сохранения подавления TE в важных популяциях стволовых клеток. [31]

Путь RdDM также участвует в регуляции импринтированной экспрессии в некоторых генах. [32] Этот необычный паттерн экспрессии, специфичный для родительского происхождения, встречается в нескольких локусах эндосперма во время развития семян у цветковых растений. Несколько факторов, участвующих в пути RdDM, сами импринтируются (способствуя экспрессии отцовского аллеля) у различных видов, включая A. thaliana , A. lyrata , C. rubella и кукурузу. [33] [34] [35] [36] RdDM также играет роль в опосредовании эффектов дозировки генов, наблюдаемых в семенах, полученных в результате интерплоидных скрещиваний , [37] [38] , хотя механизм этого остается в значительной степени неизвестным.

Существуют также доказательства того, что RdDM играет роль в нескольких других аспектах развития растений, включая покой семян , [39] созревание плодов, [40] и другие пути, связанные с цветением. [41] Однако большинство этих данных коррелируют, и необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять роль RdDM в этих процессах.

Реакция на стресс

Абиотические стрессы

RdDM помогает растениям реагировать на ряд абиотических стрессов, таких как тепловой стресс, засуха, фосфатное голодание, солевой стресс и другие. [42] Многие TE активируются в условиях абиотического стресса, [43] [44] и, таким образом, одна из функций RdDM в ответе на стресс заключается в том, чтобы помочь противостоять этой активации. В одном примере ретротранспозон ONSEN активируется тепловым стрессом, но обычно остается подавленным связанными с RdDM sRNA и может эффективно транспонироваться только в растениях, подвергшихся тепловому стрессу, которые также имеют дефицит RdDM. [17] [18] В более общем плане, у растений, подвергшихся тепловому стрессу, несколько компонентов пути RdDM активируются, а мутации в некоторых компонентах механизма RdDM снижают устойчивость к теплу, что позволяет предположить, что RdDM играет важную роль во время теплового стресса. [45] [46] Помимо регулирования TE в условиях стресса, RdDM также может регулировать гены, чтобы вызывать соответствующие реакции на стресс. При низкой влажности листья производят меньше устьиц из-за подавления двух генов, участвующих в развитии устьиц, вызванного RdDM. [47] Аналогичным образом, RdDM подавляется в ответ на солевой стресс, и было показано, что это запускает экспрессию фактора транскрипции, важного для устойчивости к солевому стрессу. [48]

Биотические стрессы

RdDM был первоначально обнаружен как ответ на заражение вироидами [49] и наряду с РНК-интерференцией играет важную роль в защите растения от вироидов и вирусов. Механизмы RdDM и РНК-интерференции распознают вирусные РНК и преобразуют их в sRNA, которые затем могут использоваться как для деградации вирусной РНК (РНК-интерференции), так и для подавления вирусной ДНК (RdDM). [50] [51] [52] Однако мало что известно о том, как механизмы RdDM и РНК-интерференции различают вирусные РНК и РНК, продуцируемые растением-хозяином. Мутанты, дефектные по RdDM, и другие мутанты с дефицитом метилирования часто гиперчувствительны к вирусной инфекции. [53] [54] Взаимодействие вируса с хозяином является еще одним примером эволюционной гонки вооружений, и многие вирусы растений кодируют супрессоры как RdDM, так и РНК-интерференции в попытке обойти защиту растения-хозяина. [55] [53] [56] [57]

RdDM также участвует в защите растения от других биотических стрессов, [50] включая бактериальные инфекции, [58] грибковые инфекции, [59] и хищничество. [60] Потеря RdDM может иметь противоположные эффекты на устойчивость к различным патогенам. Например, некоторые мутанты RdDM имеют повышенную восприимчивость к бактерии Agrobacterium tumefaciens , [61] но те же самые мутанты имеют пониженную восприимчивость к бактерии Pseudomonas syringae , [58] подчеркивая сложность различных путей защиты от патогенов и их взаимодействия с RdDM. [62]

Подавление трансгена

В дополнение к естественным чужеродным нуклеиновым кислотам-стрессорам, таким как TE и вирусы, искусственно введенные последовательности ДНК, такие как трансгены , также подвергаются репрессии со стороны RdDM. [63] [6] Трансгены широко используются в генетических исследованиях для изучения функции и регуляции генов, а также в селекции растений для введения новых и желаемых свойств в растение. Поэтому подавление трансгенов с помощью RdDM и других механизмов оказалось проблематичным для исследователей растений. Попытки понять, как происходит подавление трансгенов, в конечном итоге помогли раскрыть большую часть того, что мы теперь знаем о пути RdDM (см. «История и открытие RdDM»). В одном из ранних примеров исследователи последовательно трансформировали растения двумя разными трансгенами, которые разделяли часть своей последовательности ДНК. [64] Они обнаружили, что трансформация второго трансгена в растения привела к тому, что первый трансген приобрел метилирование ДНК и стал инактивированным. [64] Это дало раннюю подсказку о том, что существует трансактивный, основанный на последовательности механизм для транскрипционного подавления чужеродной ДНК, который, как позже было показано, называется RdDM.

Стресс и эпигенетическая «память», опосредованная RdDM

Из-за наследуемости паттернов метилирования ДНК в растениях и самоусиливающейся природы RdDM и других путей метилирования ДНК любые изменения метилирования ДНК, вызванные стрессорами окружающей среды, имеют потенциал для сохранения и передачи будущим поколениям. Это может позволить стресс-индуцированным изменениям метилирования ДНК действовать как «память» о стрессоре и помочь подготовить растение или его потомство к более эффективной реакции на стресс при повторном воздействии. [50] [65] Например, полученные из RdDM sRNA против TE или вирусов, которые уже интегрировались в геном и были подавлены, служат «памятью» тех предыдущих инфекций, защищая от будущих вторжений со стороны подобных последовательностей. Также есть доказательства того, что изменения метилирования ДНК, вызванные другими стрессорами, такими как солевой или тепловой стресс, могут сохраняться в потомстве стрессированных растений даже при отсутствии исходного стрессора. [66] В этом исследовании для сохранения изменений метилирования ДНК, вызванных стрессом, потребовалось несколько белков, связанных с RdDM, что позволяет предположить, что RdDM участвует в поддержании измененных стрессом паттернов метилирования ДНК. В другом примере устойчивость к атакам насекомых передавалась потомству через изменения метилирования ДНК, и это наследование также зависело от функциональных путей биогенеза sRNA. [60] [50] Таким образом, RdDM может потенциально изменять эпигеном растения в ответ на стресс и помогает поддерживать эти изменения для модуляции будущих реакций на стресс у пораженного растения и его потомков.

Сигнализация на короткие и дальние расстояния

Молекулы sRNA, продуцируемые RdDM и другими путями, способны перемещаться между клетками через плазмодесмы, а также могут системно перемещаться по растению через сосудистую систему. [67] [68] [69] Поэтому они обладают потенциалом действовать как сигнальные молекулы. Это было продемонстрировано на растениях, сконструированных для экспрессии зеленого флуоресцентного белка (GFP). [70] Белок GFP, продуцируемый этими растениями, заставлял их светиться зеленым при определенных условиях освещения. Когда ткань из второго растения, экспрессирующего конструкцию sRNA, комплементарную GFP, была привита к растению, экспрессирующему GFP, флуоресценция GFP терялась: после прививки sRNA, продуцируемые в тканях второго растения, перемещались в ткани первого растения, экспрессирующего GFP, и запускали подавление GFP. [70] То же исследование показало, что подмножество этих мобильных sRNA запускало добавление метилирования ДНК в локус GFP через RdDM. Таким образом, sRNA, вовлеченные в RdDM, могут действовать как сигнальные молекулы и вызывать добавление метилирования ДНК в комплементарных локусах в клетках, удаленных от того места, где sRNA были изначально сгенерированы. С тех пор исследования показали, что sRNA могут перемещаться и направлять RdDM как от побега к корню, так и от корня к побегу, хотя эффект подавления более устойчив, когда sRNA перемещаются от побега к корню. [69] [70] [71] [72]

Движение sRNA, которые управляют активностью RdDM, играет важную роль в развитии растений, в том числе во время размножения [23] [24] [27] и развития корней. [31] В обоих случаях движение sRNA, по-видимому, функционирует в первую очередь как способ усиления метилирования ДНК и подавления TE в важных для развития типах клеток, таких как зародышевые клетки и стволовые клетки. Подавление TE и поддержание целостности генома в этих клетках особенно важно, поскольку они дают начало многим другим клеткам, все из которых унаследуют любые дефекты или мутации в исходной стволовой клетке или зародышевой клетке. Движение sRNA также участвует во взаимодействиях растений с патогенами: sRNA могут перемещаться из инфицированных клеток в дистальные неинфицированные ткани, чтобы инициировать защитный ответ, хотя на сегодняшний день это было показано только для RNAi, а не для RdDM. [73]

Пути и механизмы

В этом разделе рассматриваются пути и механизмы, посредством которых RdDM приводит к метилированию ДНК, специфичному для последовательности. Пути, представленные здесь, были охарактеризованы в первую очередь на модельном растении Arabidopsis thaliana , но, вероятно, схожи и у других покрытосеменных. Сохранение RdDM у других видов растений более подробно обсуждается в разделе «Эволюционная консервация» ниже.

Контекст метилирования ДНК

Контексты последовательности метилирования ДНК и связанные с ними метилтрансферазы ДНК. Метилирование ДНК в цитозинах, за которыми следуют гуанины (метилирование CG), поддерживается MET1, тогда как метилирование CHG и CHH поддерживается CMT3 и CMT2 соответственно. Метилтрансфераза, участвующая в RdDM, DRM2, может добавлять метилирование ДНК независимо от контекста последовательности.

RdDM — единственный механизм в растениях, который может добавлять метилирование ДНК к цитозинам независимо от контекста последовательности. [55] Метилирование ДНК в растениях обычно делится на три категории в зависимости от контекста последовательности метилированного цитозина: CG, CHG и CHH, где H — любой нуклеотид, кроме G. Они отражают различные контексты последовательности, на которые нацелены несколько путей метилирования ДНК в растениях. Эти контекстно-специфические пути в первую очередь участвуют в поддержании существующих паттернов метилирования ДНК. Высококонсервативная метилтрансфераза MET1 (гомолог млекопитающего DNMT1) поддерживает метилирование ДНК в контексте CG, в то время как две консервативные специфичные для растений метилтрансферазы, хромометилаза 3 (CMT3) и CMT2, помогают поддерживать метилирование CHG и CHH соответственно. [74] [75] [76] [77] В отличие от этих путей, RdDM приводит к добавлению метилирования ДНК ко всем цитозинам независимо от контекста их последовательности. Подобно MET1, CMT2 и CMT3, RdDM в первую очередь участвует в поддержании существующих паттернов метилирования ДНК. [55] Однако RdDM также является единственным путем, способным добавлять метилирование ДНК de novo к ранее неметилированным областям в растениях.

Механизм

Путь RdDM можно разделить на два основных процесса: производство малых РНК и привлечение механизмов метилирования ДНК этими малыми РНК к определенным целевым локусам в ДНК. [78] [55] [79] Эти два вида деятельности вместе составляют RdDM и в конечном итоге приводят к добавлению метилирования ДНК к цитозинам в определенных целевых локусах.

Схема канонического пути RdDM (вверху) и неканонического пути RdDM и RNAi/PTGS (внизу). Канонический путь RdDM можно разбить на (1) производство sRNA и (2) метилирование ДНК в местах производства sRNA. Неканонический путь RdDM тесно связан с RNAi и другими путями PTGS и отличается от канонического RdDM в первую очередь источником sRNA и процессингом sRNA. H3K9 = лизин 9 на гистоне H3; H3K4 = лизин 4 на гистоне H3; ssRNA = одноцепочечная РНК; dsRNA = двухцепочечная РНК, miRNA = микроРНК

Канонический RdDM

Канонический путь RdDM, как следует из его названия, является наиболее хорошо охарактеризованным путем RdDM на сегодняшний день. Канонический RdDM преимущественно рекрутируется в регионы, которые уже метилированы ДНК и гетерохроматичны, и действует, усиливая существующие паттерны метилирования ДНК в этих локусах, формируя положительную обратную связь. [55] [79] Канонический RdDM составляет большую часть активности RdDM в клетке. [79]

производство мРНК

Первая часть пути RdDM вращается вокруг биогенеза sRNA. Растительный специфичный комплекс РНК-полимеразы, РНК-полимераза IV (Pol IV), сначала привлекается к молчащему гетерохроматину посредством его взаимодействия с белками CLASSY (CLSY) и гомологом гомеодомена 1 SAWADEE (SHH1) (см. также «Взаимодействие между RdDM и другими путями модификации хроматина» ниже). [80] [79] [81] Pol IV транскрибирует эти регионы для получения коротких одноцепочечных РНК (ssRNA) длиной примерно от 30 до 45 нуклеотидов, каждая из которых является предшественником одной sRNA. [82] [83] [84] Эти ssRNA преобразуются в двухцепочечные РНК (dsRNA) ко-транскрипционно с помощью РНК-направленной РНК-полимеразы 2 (RDR2), которая физически ассоциируется с Pol IV. [83] Затем dsRNA расщепляются эндорибонуклеазой Dicer-like 3 ( DCL3 ) на sRNA из 24 нуклеотидов (nt). Pol IV, RDR2 и DCL3 по отдельности достаточны для производства sRNA из 24 нуклеотидов in vitro , [84] что позволяет предположить, что, хотя другие факторы, участвующие в этой части пути, могут способствовать повышению эффективности или специфичности, они не требуются для производства sRNA, опосредованного Pol IV.

В то время как почти все 24-нуклеотидные sRNA, вовлеченные в RdDM, производятся через путь Pol IV-RDR2- DCL3 , небольшая часть производится через другие пути. Например, некоторые транскрипты РНК-полимеразы II (Pol II), которые содержат инвертированную повторяющуюся последовательность, образуют двухцепочечные шпильковые структуры, которые могут быть напрямую расщеплены DCL3 для образования 24-нуклеотидных sRNA. [85] [79]

Метилирование ДНК целевых локусов

Во второй части пути механизм метилирования ДНК RdDM направляется на последовательности ДНК, комплементарные sRNA, сгенерированным в первой части пути. Одна нить из каждой двухцепочечной sRNA из 24 нуклеотидов загружается в белки Argonaute (AGO) AGO4, AGO6 или AGO9. [55] AGO3 также может функционировать в этом пути. [86] Argonautes — это большое, высококонсервативное семейство белков, которые могут связывать sRNA, образуя дуплекс белок-sRNA, который позволяет им распознавать и связывать другие последовательности РНК, комплементарные их партнеру sRNA. [87] После формирования дуплекс AGO-sRNA находит и связывает комплементарные последовательности вдоль РНК-«каркаса», созданного специфичной для растений РНК-полимеразой V (Pol V), с помощью взаимодействий с супрессором Ty вставки 5-подобным (SPT5L), комплексом Involved in de novo 2 - IDN2 Paralog (IDN2-IDP) и субъединицей Pol V NRPE1. [88] Это приводит к привлечению фермента ДНК-метилтрансферазы Domains Rearranged Methyltransferase 2 (DRM2), который метилирует близлежащую ДНК. [89] [55] [79] Механизм, с помощью которого дуплекс AGO-sRNA привлекает DRM2, пока не совсем понятен. [90]

Неканонический RdDM

Недавние исследования выявили ряд вариаций пути RdDM, которые в совокупности называются неканоническими RdDM. [79] В отличие от канонических RdDM, неканонические пути обычно участвуют в установлении начального метилирования ДНК в новых целевых локусах, таких как новые вставки TE, а не в поддержании существующего гетерохроматина. Активно экспрессирующие элементы, такие как новые вставки TE, обычно сильно нацелены на пути посттранскрипционного подавления генов (PTGS/RNAi). Неканонический RdDM возникает в основном как побочный продукт этих путей PTGS, приводя к первоначальному установлению молчаливого гетерохроматинового состояния в новом TE или другом целевом локусе. После того, как это начальное молчаливое состояние установлено, Pol IV может быть привлечена в локус с помощью CLSY и SHH1, а канонический путь RdDM берет на себя долгосрочное поддержание подавления. [79] Таким образом, неканонические пути RdDM часто действуют как временный мост между начальным посттранскрипционным подавлением новых элементов с помощью РНК-интерференции и долгосрочным трансгенерационным транскрипционным подавлением посредством канонического RdDM. [10] [9] [79] В соответствии с этой ролью в инициировании нового подавления, неканонический RdDM нацелен на относительно небольшое количество локусов по сравнению с каноническим RdDM. [79]

Основное различие между каноническими и неканоническими путями RdDM заключается в происхождении и биогенезе задействованных sRNA. Канонический путь RdDM включает 24 nt sRNA, которые специфичны для этого пути и происходят преимущественно из одного источника (комплекс Pol IV-RDR2). Напротив, неканонические пути RdDM включают 21-22 nt sRNA из различных источников, что позволяет инициировать метилирование ДНК de novo во многих различных типах локусов. Эти 21-22 nt sRNA не являются специфичными для неканонического RdDM и также функционируют в других путях PTGS. Фактически, только небольшая часть 21-22 nt sRNA участвует в RdDM, а большинство вместо этого запускает положительную обратную связь, усиливающую ответ PTGS. [91] Функциональный результат конкретной 21-22-нуклеотидной мРНК зависит от белка AGO, с которым она в конечном итоге ассоциируется: мРНК, которые ассоциируются с AGO4, AGO6 или AGO9, приводят к RdDM и метилированию ДНК, тогда как мРНК, которые ассоциируются с другими AGO, такими как AGO1, в первую очередь приводят к PTGS. [55] [79]

Используя sRNAs 21-22 nt, полученные из различных источников, неканонический RdDM может гибко индуцировать метилирование ДНК de novo и сайленсинг во многих различных типах локусов. Одним из основных источников sRNAs 21-22 nt являются транскрипты Pol II. Некоторые из этих транскриптов, особенно те, которые производятся из TE, вирусов или определенных некодирующих белок транскриптов, являются мишенью путей PTGS, таких как miRNAs или RNAi, что приводит к расщеплению транскрипта. Полученные фрагменты могут быть преобразованы в dsRNA с помощью RDR6, а затем обработаны в sRNAs 21-22 nt с помощью DCL2 или DCL4. [8] Большинство из этих sRNAs 21-22 nt загружаются в AGO1 и возвращаются в PTGS, усиливая эффективность PTGS. [79] Однако некоторые вместо этого будут ассоциироваться с AGO6, что приводит к RdDM. [10] dsRNAs, возникающие в результате активности RDR6, также иногда могут обрабатываться DCL3 вместо DCL2/4 и вызывать RdDM. [9] Кроме того, некоторые транскрипты Pol II содержат инвертированные повторяющиеся последовательности, которые могут образовывать двухцепочечные шпилькообразные структуры. Они могут расщепляться белками DCL независимо от RDR с образованием sRNAs из 21-22 нт или 24 нт, которые могут участвовать в RdDM. [79] Аналогично, предшественники miRNA, которые также образуют шпилькообразные структуры и обычно расщепляются DCL1 с образованием miRNAs, вместо этого могут расщепляться другими DCL с образованием sRNAs для RdDM. [79] В то время как большинство неканонических путей RdDM происходит через AGO6 или AGO4, существует также версия пути, где sRNAs вместо этого ассоциируются с AGO2, который вместе с комплексом NERD (необходим для RDR2-независимого метилирования ДНК) привлекает DRM2 для целевых локусов и запускает метилирование ДНК. [92] Поскольку неканонические пути еще не так хорошо охарактеризованы, как канонический путь RdDM, [79] вероятно, остаются дополнительные источники sRNAs, используемые для RdDM, которые еще не были обнаружены.

Факторы, влияющие на это

Ниже перечислен ряд факторов, вовлеченных в RdDM, вместе с дополнительными подробностями об их функции и соответствующими ссылками. Также перечислены несколько факторов, в первую очередь вовлеченных в PTGS, которые иногда участвуют в RdDM.

Взаимодействие с другими путями модификации хроматина

Различные состояния хроматина, такие как активный эухроматин или молчащий гетерохроматин, определяются комбинацией специфических модификаций гистонов и паттернов метилирования ДНК. Репрессивные модификации хроматина, такие как метилирование ДНК, способствуют уплотнению ДНК и снижают доступность ДНК, в то время как другие модификации помогают открыть хроматин и повышают доступность. Метилирование 9-го лизина гистона H3 (H3K9), в первую очередь в форме триметилирования H3K9 ( H3K9me3 ) у животных и диметилирования H3K9 ( H3K9me2 ) у растений, является высококонсервативной репрессивной модификацией. [121] [122] Отсутствие метилирования H3K4 (H3K4me0) также связано с репрессией, наряду с несколькими другими модификациями и вариантами гистонов . Сочетание метилирования ДНК, H3K9me2 и H3K4me0 тесно связано с гетерохроматином у растений.

Поскольку метилирование ДНК и репрессивные модификации гистонов вместе определяют гетерохроматин, большинство путей метилирования ДНК в растениях распознают и взаимодействуют с репрессивными гистоновыми метками и наоборот, образуя положительные обратные связи, которые помогают поддерживать репрессивное состояние хроматина. [123] Связанный с RdDM белок SHH1 распознает H3K4me0 и H3K9me2 в гетерохроматиновых локусах и привлекает Pol IV в эти локусы, чтобы вызвать дополнительное метилирование ДНК в этих регионах. [106] Аналогичным образом, SUVH2 и SUVH9 помогают привлекать Pol V в локусы с метилированием ДНК. [110] Таким образом, обе основные части канонического пути RdDM преимущественно привлекаются в регионы, которые уже находятся в молчаливом гетерохроматиновом состоянии, отмеченном метилированием ДНК, H3K9me2 и H3K4me0. Метилирование ДНК в этих же гетерохроматиновых локусах также распознается гистоновыми метилтрансферазами SUVH4/KYP, SUVH5 и SUVH6, которые связываются с не-CG метилированием и добавляют H3K9me2 к близлежащим гистонам, [123] [124] замыкая петлю положительной обратной связи. Аналогично, CMT3 и CMT2, две ДНК-метилтрансферазы, участвующие в поддержании метилирования CHG и CHH соответственно, [75] связываются и добавляют метилирование ДНК к маркированному H3K9me2 гетерохроматину, образуя свою собственную петлю обратной связи с SUVH4/5/6. [125] [123] Эти взаимодействия помогают значительно усилить сайленсинг в TE и других гетерохроматиновых регионах.

Похожая петля обратной связи встречается у животных. HP1 играет жизненно важную роль в поддержании гетерохроматина, распространяя метилирование H3K9 через положительную обратную связь с метилтрансферазой H3K9 SUV39H. [126] Метилирование H3K9 привлекает HP1, который привлекает SUV39H для внесения большего количества метилирования H3K9. [126] Хотя HP1 сохраняется в растениях, его функция в этой петле обратной связи не сохраняется. [127] Вместо этого петли положительной обратной связи между H3K9me2 и путями метилирования ДНК RdDM и CMT2/3 выполняют аналогичную функцию в распространении H3K9me2. Совсем недавно был также идентифицирован специфичный для растений белок, содержащий домен Agenet Domain Protein 1 (ADCP1), который может функционировать аналогично HP1 в поддержании уровней H3K9me2 в гетерохроматине, способствуя образованию гетерохроматина. [128]

В конечном итоге постоянное усиление подавления модификаций хроматина в гетерохроматиновых локусах создает репрессивное состояние хроматина, в котором ДНК и гистоны ( нуклеосомы ) становятся плотно упакованными вместе. Это помогает подавить экспрессию генов, физически блокируя доступ к ДНК, не давая РНК-полимеразе II , факторам транскрипции и другим белкам инициировать транскрипцию. [129] Однако это же самое уплотнение также препятствует факторам, участвующим в поддержании гетерохроматина, получать доступ к ДНК, что может привести к потере молчаливого, компактного состояния. Это особенно верно в плотном конститутивном гетерохроматине, окружающем центромеру. В этих регионах ремоделер хроматина DDM1 играет решающую роль в поддержании метилирования ДНК, временно вытесняя нуклеосомы, чтобы метилтрансферазы и другие факторы могли получить доступ к ДНК. [130] [131] [5] Однако, поскольку большинство целей RdDM представляют собой небольшие TE в открытых, доступных и богатых генами регионах (см. «Подавление TE и стабильность генома»), лишь немногие сайты RdDM требуют DDM1. [5] [99] Фактически, плотный гетерохроматин ингибирует RdDM. [5] Напротив, CMT2 и CMT3 преимущественно функционируют в конститутивном гетерохроматине и сильно зависят от DDM1 для поддержания подавления в этих регионах. [131] [5] [3] Аналогично, MET1, который поддерживает метилирование ДНК в сайтах CG после репликации, требует DDM1 для доступа к гетерохроматину и поддержания метилирования CG в этих регионах. [132] Таким образом, DDM1 является ключевым регулятором метилирования ДНК в плотном гетерохроматине, но регулирует сайты в основном независимо от RdDM. [5] [99]

Взаимодействия между RdDM и тремя другими путями поддержания метилирования ДНК ограничены и преимущественно непрямые. ДНК-метилтрансфераза MET1 надежно поддерживает метилирование CG по всему геному, включая целевые сайты RdDM. У мутантов RdDM не-CG метилирование в целевых сайтах RdDM теряется, но метилирование CG все еще сохраняется, что предполагает, что активность MET1 не зависит от RdDM. [99] Однако, хотя мутанты met1 теряют метилирование CG, как и ожидалось, они также теряют большую часть своего не-CG метилирования, включая целевые локусы RdDM. [99] На этих сайтах сайленсинг все еще может быть инициирован RdDM у мутантов met1 , но он не поддерживается и не передается потомству, что предполагает, что MET1 важен для поддержания, но не инициирования сайленсинга в подмножестве целевых локусов RdDM. [133] [120] Этот эффект, вероятно, косвенный: потеря MET1 приводит к потере H3K9me2 в некоторых сайтах, что ингибирует набор Pol IV и, следовательно, предотвращает поддержание метилирования ДНК через канонический RdDM, хотя неканонические пути (которые не включают Pol IV) не затрагиваются. [99] [120] Потеря гистондеацетилазы HDA6, которая облегчает поддерживающее метилирование MET1 в некоторых локусах, имеет аналогичный эффект, что позволяет предположить, что несколько различных факторов, участвующих в поддержании гетерохроматина, вероятно, облегчают поддержание метилирования ДНК, опосредованного RdDM. [120]

Потеря RdDM приводит к значительной потере не-CG метилирования в TE в богатых генами регионах в плечах хромосом, но мало влияет на уровни метилирования ДНК в конститутивном гетерохроматине вокруг центромеры. [99] [5] [3] Это говорит о том, что CMT2 и CMT3, которые в первую очередь функционируют для поддержания метилирования CHG и CHH в плотном конститутивном гетерохроматине, не зависят от активности RdDM. [99] [5] [3] Аналогично, у двойных мутантов cmt2,cmt3 многие TE в плечах хромосом остаются метилированными, предположительно из-за постоянной активности RdDM, что указывает на то, что потеря CMT2/3 мало влияет на активность RdDM. [5] [3] Это говорит о том, что RdDM и CMT2/3 функционируют в основном независимо и в разных локусах: RdDM является основным путем, ответственным за поддержание не-CG метилирования ДНК в эухроматиновых, богатых генами регионах, в то время как CMT2 и CMT3 поддерживают не-CG метилирование ДНК в конститутивном гетерохроматине. У мутантов, дефектных как по RdDM, так и по CMT2/CMT3, все не-CG метилирование в геноме устраняется, [74] демонстрируя, что вместе RdDM и CMT2/CMT3 отвечают за все не-CG метилирование в геноме.

Баланс между метилированием и деметилированием ДНК

Большинство механизмов метилирования ДНК в растениях являются самоусиливающимися (см. выше), включая RdDM: Pol IV и Pol V оба привлекаются к гетерохроматиновым областям, которые уже имеют метилирование ДНК, стимулируя дополнительное метилирование ДНК через канонический RdDM. [55] Положительные обратные связи, подобные этим, могут привести к распространению активности метилирования ДНК из предполагаемых метилированных целевых участков в гены или другие регуляторные элементы, что может отрицательно повлиять на экспрессию генов. Чтобы предотвратить это распространение, пути метилирования ДНК противостоят пассивному и активному деметилированию ДНК. Метилирование ДНК может быть пассивно утрачено с каждым делением клетки, поскольку вновь синтезированные нити ДНК не имеют метилирования ДНК, пока оно не будет повторно добавлено одним из поддерживающих путей метилирования ДНК. [134] Метилирование ДНК также может быть активно удалено в растениях ДНК-гликозилазами , которые удаляют метилированные цитозины через путь репарации эксцизии оснований . В Arabidopsis есть четыре белка, ответственных за удаление метилирования ДНК: Repressor of silencing 1 (ROS1), Demeter (DME), Demeter-like 2 (DML2) и Demeter-like 3 (DML3). [135] [136] Эти ДНК-гликозилазы помогают предотвратить распространение метилирования ДНК от целей RdDM к активным генам. [137] [14] Потеря активного деметилирования ДНК у тройных мутантов ros1; dml2; dml3 приводит к повсеместному увеличению уровней метилирования ДНК, тогда как эктопическая экспрессия ROS1 приводит к прогрессирующей потере метилирования ДНК во многих локусах, [138] подчеркивая важность балансировки активности метилирования и деметилирования ДНК.

Интересно, что экспрессия ДНК-деметилазы ROS1 напрямую связана с активностью RdDM: метилирование ДНК по TE, на которое нацелен RdDM в промоторе ROS1 , необходимо для экспрессии ROS1 , [12] [13] хотя в регуляции ROS1 участвуют и другие факторы . [139] [140] Поскольку экспрессия ROS1 связана с метилированием ДНК в определенном TE, экспрессия ROS1 также сильно снижена в растениях с дефектным RdDM, которые теряют способность метилировать этот TE и другие. [12] Этот общий механизм помогает поддерживать гомеостаз метилирования ДНК , настраивая активность деметилирования ДНК на активность метилирования ДНК, помогая гарантировать, что паттерны метилирования ДНК могут стабильно поддерживаться с течением времени.

Эволюционная консервация

Происхождение членов пути RdDM

В то время как все эукариоты разделяют три РНК-полимеразы (РНК Pol I, II и III), растения имеют две дополнительные полимеразы, Pol IV и Pol V. И Pol IV, и V имеют общее эволюционное происхождение, происходящее от Pol II. [141] [94] В других эукариотических царствах, в которых отсутствуют эти две специализированные РНК-полимеразы, Pol II транскрибирует предшественников малых РНК, используемых в путях подавления - фактически, транскрипты Pol II также иногда перерабатываются в sRNA в растениях. Была выдвинута гипотеза, что происхождение как Pol IV, так и Pol V коренится в «избежании адаптивного конфликта». [142] Идея заключается в том, что потенциальные противоречия между «традиционной» функцией Pol II и функцией биогенеза малых РНК могут быть сняты путем дублирования Pol II и субфункционализации полученных множественных РНК-полимераз.

Анализ эволюционной линии Pol IV и Pol V в некоторой степени осложняется тем фактом, что каждый фермент на самом деле состоит как минимум из 12 субъединиц . [141] У Arabidopsis thaliana некоторые субъединицы являются общими для Pol IV и Pol V, некоторые уникальны для каждой полимеразы, а некоторые являются общими для Pol II, IV и V. [143] Ортологи определенных субъединиц Pol IV и V были обнаружены во всех линиях наземных растений, включая папоротники, печеночники и мхи. [144] [142] Эти результаты свидетельствуют в пользу общего происхождения Pol IV и V, восходящего к ранним наземным / сосудистым растениям.

Большая часть работы, проделанной для выяснения генов и белков, участвующих в пути RdDM, была выполнена на Arabidopsis thaliana , модельном покрытосеменном. Однако исследования Pol IV и V, проведенные на кукурузе, показывают некоторые ключевые различия с Arabidopsis. Pol IV и V кукурузы отличаются друг от друга только одной субъединицей (самой большой). У Arabidopsis Pol IV и V отличаются друг от друга тремя субъединицами. [145] Однако кукуруза использует набор взаимозаменяемых каталитических субъединиц — две в случае Pol IV и три в случае Pol V — которые обеспечивают дополнительную специализацию функциональности полимеразы. [145] Хотя существуют различия, в целом наблюдается широкое совпадение функций и компонентов RdDM между различными видами покрытосеменных, изученными на сегодняшний день.

За пределами Pol IV и Pol V, большая часть ключевых белков-компонентов RdDM (например, DCL3 и AGO4) имеют ортологов, обнаруженных в каждом классе наземных растений, что подтверждает гипотезу о том, что некоторая форма пути RdDM рано развилась в растительной линии. [142] Однако функциональность пути RdDM, по-видимому, существенно меняется между различными видами растений и линиями. Например, в то время как голосеменные имеют функциональную Pol IV и производят малые РНК из 24 нуклеотидов, биогенез малых РНК в голосеменных гораздо сильнее смещен в сторону малых РНК из 21 нуклеотида, чем в сторону малых РНК из 24 нуклеотидов. [146] Это говорит о том, что канонический RdDM может быть более редким или менее выраженным у голосеменных, чем у покрытосеменных. Аналогично, в то время как ортологи DRM2 обнаружены в различных покрытосеменных, в других растительных линиях нет известных ортологов DRM2. [147] Одна из возможностей заключается в том, что покрытосеменные растения имеют «наиболее полную» версию пути RdDM, а все другие линии растений обладают надежными и функциональными подмножествами пути. Однако, поскольку почти вся работа по RdDM была проделана на покрытосеменных растениях, также возможно, что альтернативные версии RdDM в других линиях просто еще не были обнаружены, особенно если эти альтернативные версии включают другие белки или белки без явных гомологов в покрытосеменных растениях.

Связь с путями подавления мРНК в других царствах

Все эукариотические царства содержат некоторую форму малых РНК. Одним из таких классов sRNA являются Piwi-взаимодействующие РНК (piRNA) . Подобно RdDM, piRNA в первую очередь выполняют функцию нацеливания и подавления транспозонов, особенно в зародышевой линии. [29] [30] Однако piRNA встречаются только у животных, они длиннее малых РНК, функционирующих в RdDM (24-32 нуклеотида), и опосредуют свои функции посредством взаимодействия с другим подклассом белков AGO, подсемейством PIWI, которые отсутствуют у растений. [29] [30] МикроРНК (miRNA) — это еще один класс малых РНК со свойствами подавления. [148] Хотя miRNA находятся в том же диапазоне размеров, что и RdDM sRNA (~21 нт), miRNA ассоциируются с отдельным набором белков Argonaute, которые подавляют целевые РНК, инициируя их деградацию или блокируя их нисходящую трансляцию в белки, а не привлекая DRM2 для добавления метилирования ДНК к близлежащей ДНК. Как RdDM, так и пути miRNA включают родственные белки из семейств Argonaute и Dicer. [148]

Возможно, наиболее аналогичными путями к RdDM в другом эукариотическом царстве являются пути sRNA-направленного подавления транскрипционных генов (TGS) и ко-транскрипционного подавления генов (CTGS) в Schizosaccharomyces pombe . [149] В S. pombe TGS направляет метилирование H3K9, что приводит к образованию гетерохроматина, и направляется sRNA, продуцируемыми из целевых регионов. [150] Подобно каноническому RdDM, этот путь представляет собой петлю положительной обратной связи: sRNA генерируются преимущественно из богатых гетерохроматином областей генома, и эти sRNA направляют добавление метилирования K3K9 для поддержания/распространения гетерохроматина. Между тем, CTGS направляется связанными с AGO1 sRNA, подобно PTGS в растениях, и приводит к ингибированию транскрипции Pol II, а также к высвобождению Pol II. [151] [152] В отличие от RdDM, TGS и CTGS в S. pombe не полагаются на транскрипцию из не-Pol II источников или не приводят к добавлению метилирования ДНК. Однако пути S. pombe и RdDM имеют много общих компонентов, таких как РНК-направленные РНК-полимеразы и sRNA, и имеют схожие функции в поддержании гетерохроматина.

История

Введение трансгенов в организмы было широко используемым инструментом в исследованиях генетики растений на протяжении десятилетий. Однако исследователи часто обнаруживают, что введенные ими трансгены не экспрессируются так сильно, как ожидалось, а иногда и вовсе не экспрессируются, явление, называемое подавлением трансгенов. [153] Открытие подавления трансгенов в 1990-х годах вызвало большой интерес к пониманию механизмов, лежащих в основе этого подавления. [154] [155] [156] Исследователи обнаружили, что подавление трансгенов было повсеместным, наблюдалось у многих видов (включая Arabidopsis, Tobacco и Petunia) и было связано с повышенным метилированием ДНК над и вокруг подавленного трансгена. [157] [158] [159]

Примерно в то же время в 1994 году работа с растениями табака выявила новый путь, включающий РНК, который привел к метилированию ДНК. Исследователи обнаружили, что когда вироиды были введены в растение и интегрированы в геном растения, последовательности вироидов, но не геном хозяина, получили метилирование ДНК. [49] Отложение метилирования на этих чужеродных последовательностях вироидов помогло ингибировать репликацию вироидов, и поэтому считалось, что это представляет собой механизм защиты растений от патогенов. Данные свидетельствуют о том, что вироидные РНК, полученные во время репликации вироидов, использовались растением в качестве шаблона для помощи в нацеливании метилирования ДНК на последовательности вироидов. Поэтому этот механизм был назван РНК-направленным метилированием ДНК, или RdDM. [49]

RdDM оказался решением загадки трансгена: подобно вироидам и вирусам, трансгены являются чужеродными последовательностями, и в результате они часто распознаются как чужеродные захватчики и становятся целью для подавления RdDM и PTGS. Поскольку подавление трансгена было надежным маркером активности RdDM, исследователи смогли разработать генетические скрининги для выявления мутантов, которые не смогли вызвать подавление трансгенов, рассуждая о том, что эти гены, вероятно, участвуют в пути RdDM. Эти эксперименты выявили многие части пути, включая РНК Pol IV и V, белки Dicer-подобные , аргонавты и другие. [6] [160] [161]

Первоначально предполагалось, что sRNAs участвуют в RdDM из-за сходства между RdDM и RNAi, последний из которых, как недавно было показано, вовлекает малые РНК. [49] [162] Чтобы проверить, участвуют ли sRNAs в RdDM, в Arabidopsis и Tobacco были введены шпилечные структуры РНК, комплементарные определенному промотору гена. [163] Шпильковые РНК были преобразованы в sRNAs, которые были способны инициировать добавление метилирования ДНК к целевому промотору и заглушать ген. [163] Это показало, что sRNAs могут направлять метилирование ДНК в определенные локусы. Более поздние усилия показали, что sRNAs, участвующие в RdDM, имели длину приблизительно 24-26 нуклеотидов, в то время как sRNAs, связанные с RNAi, имели длину всего около 21-22 нуклеотидов. [164] Вскоре после этого идентификация AGO4 и характеристика его роли в RdDM привели к прогнозам, позже подтвержденным, что 24-нуклеотидные sRNAs связаны с AGO4 и направляют метилирование ДНК в комплементарные локусы. [165] [164]

Ранние работы по подавлению трансгенов и RdDM также определили SDE4 как необходимый для производства большинства sRNA, участвующих в RdDM. [166] SDE4 позже будет идентифицирован как самая большая субъединица Pol IV и переименован в NRPD1. Ряд исследований, опубликованных в быстрой последовательности несколькими исследовательскими группами, использующими как прямой, так и обратный генетический подход, продолжили идентифицировать и охарактеризовать Pol IV и Pol V как высокоспециализированные растительные РНК-полимеразы, участвующие в RdDM. [167] [168] [169] [170] Вскоре после этого было принято соглашение об именовании Pol IV / Pol V. [88] [141]

Потенциальные области применения биотехнологий

Поскольку механизм, лежащий в основе специфичности последовательности RdDM, хорошо известен, RdDM можно «обмануть» для нацеливания и подавления эндогенных генов высокоспецифичным образом, что имеет ряд потенциальных биотехнологических и биоинженерных применений. Можно использовать несколько различных методов для запуска метилирования ДНК на основе RdDM и подавления определенных генов. Один из методов, называемый подавлением генов, вызванным вирусом (VIGS), включает вставку части последовательности промотора желаемого целевого гена в вирус. [171] Вирус будет воспроизводить часть последовательности промотора как часть своей собственной РНК, которая в противном случае является чужеродной для растения. Поскольку вирусная РНК является чужеродной, она будет нацелена на PTGS и преобразована в sRNA, некоторые из которых будут комплементарны промотору исходного целевого гена. Подмножество этих sRNA будет привлекать аппарат RdDM к целевому гену для добавления метилирования ДНК. В одном исследовании исследователи использовали этот метод с модифицированным вирусом мозаики огурца , чтобы привлечь RdDM для подавления гена, который влиял на пигментацию цветков петунии, и другого, который влиял на созревание плодов томата. [172] В обоих случаях они показали, что метилирование ДНК было добавлено к локусу, как и ожидалось. У петунии как усиление метилирования ДНК, так и изменения в окраске цветков были наследуемыми, в то время как у томата наблюдалось только частичное подавление и наследуемость. VIGS также использовался для подавления локуса FLOWERING WAGENINGEN ( FWA ) у Arabidopsis, что привело к тому, что растения зацвели позже, чем обычно. [171] Это же исследование также показало, что ингибирующее действие VIGS на FWA и цветение может усиливаться в ходе успешных поколений. [171]

Другой метод нацеливания RdDM на желаемый целевой ген включает введение конструкции шпилечного РНК, которая комплементарна целевому локусу. Шпильковые РНК содержат инвертированный повтор , который заставляет молекулу РНК формировать двухцепочечную структуру РНК (dsRNA), называемую шпилькой РНК. Шпилька dsRNA может быть обработана белками DCL в sRNA, которые комплементарны целевому локусу, запуская RdDM в этом локусе. Этот метод использовался в нескольких исследованиях. [12] [173] [174]

Изменения, вызванные RdDM, иногда могут поддерживаться и наследоваться в течение нескольких поколений без внешнего вмешательства или манипуляций, что позволяет предположить, что RdDM может быть ценным инструментом для целевого редактирования эпигенома. Недавние работы даже полностью обошли RdDM, искусственно привязав DRM2 (или другие компоненты пути RdDM) непосредственно к определенным целевым локусам, используя либо нуклеазы цинковых пальцев , либо CRISPR . [90] [175] В этих экспериментах привязка механизма RdDM к определенному локусу приводила к усилению метилирования ДНК в целевом сайте, которое часто наследовалось в течение нескольких поколений, даже после того, как искусственная конструкция была удалена посредством скрещивания. Однако для всех этих методов требуется больше работы по минимизации нецелевых эффектов и повышению эффективности метилирования ДНК.

Генетически модифицированные организмы (ГМО) сыграли большую роль в недавних сельскохозяйственных исследованиях и практике, но оказались спорными и сталкиваются с нормативными барьерами для внедрения в некоторых юрисдикциях. ГМО определяются включением «чужеродного» генетического материала в геном. Обработка растений сконструированными РНК или вирусами, предназначенными для запуска RdDM, не изменяет базовую последовательность ДНК генома обработанного растения; изменяется только эпигенетическое состояние частей последовательности ДНК, уже присутствующих. В результате эти растения не считаются ГМО. Это привело к попыткам использовать RdDM и другие опосредованные РНК эффекты для индукции сельскохозяйственно-полезных признаков, таких как изменение восприимчивости к патогенам или гербицидам, или ускорение селекции растений путем быстрой индукции благоприятных признаков. [176] [177] [178] Однако, хотя это область активного интереса, на данный момент существует мало широко реализованных приложений.

Ссылки

Эта статья была адаптирована из следующего источника по лицензии CC BY 4.0 (2020) (отчеты рецензента): Robert M. Erdmann; Colette Lafontaine Picard (8 октября 2020 г.). "RNA-directed DNA Methylation". PLOS Genetics . 16 (10): e1009034. doi : 10.1371/JOURNAL.PGEN.1009034 . ISSN  1553-7390. PMID  33031395. Wikidata  Q100233435.

  1. ^ abcd Dubin MJ, Mittelsten Scheid O, Becker C (апрель 2018 г.). «Транспозоны: благословенное проклятие». Current Opinion in Plant Biology . 42 : 23–29. Bibcode : 2018COPB...42...23D. doi : 10.1016/j.pbi.2018.01.003 . hdl : 20.500.12210/34479 . PMID  29453028.
  2. ^ Wicker T, Gundlach H, Spannagl M, Uauy C, Borrill P, Ramírez-González RH и др. (август 2018 г.). «Влияние мобильных элементов на структуру и эволюцию генома мягкой пшеницы». Genome Biology . 19 (1): 103. doi : 10.1186/s13059-018-1479-0 . PMC 6097303 . PMID  30115100. 
  3. ^ abcdefghijk Sigman MJ, Slotkin RK (февраль 2016 г.). «Первое правило подавления транспозируемых элементов растений: местоположение, местоположение, местоположение». The Plant Cell . 28 (2): 304–13. doi :10.1105/tpc.15.00869. PMC 4790875 . PMID  26869697. 
  4. ^ Deniz Ö, Frost JM, Branco MR (июль 2019 г.). «Регулирование мобильных элементов с помощью модификаций ДНК». Nature Reviews. Genetics . 20 (7): 417–431. doi :10.1038/s41576-019-0106-6. PMID  30867571. S2CID  76662244.
  5. ^ abcdefghij Zemach A, Kim MY, Hsieh PH, Coleman-Derr D, Eshed-Williams L, Thao K и др. (март 2013 г.). «Ремоделер нуклеосом Arabidopsis DDM1 позволяет ДНК-метилтрансферазам получать доступ к гетерохроматину, содержащему H1». Cell . 153 (1): 193–205. doi :10.1016/j.cell.2013.02.033. PMC 4035305 . PMID  23540698. 
  6. ^ abc Chan SW, Zilberman D, Xie Z, Johansen LK, Carrington JC, Jacobsen SE (февраль 2004 г.). "Гены подавления РНК контролируют метилирование ДНК de novo". Science . 303 (5662): 1336. doi :10.1126/science.1095989. PMID  14988555. S2CID  44659873.
  7. ^ Pérez-Hormaeche J, Potet F, Beauclair L, Le Masson I, Courtial B, Bouché N, Lucas H (июль 2008 г.). «Вторжение в геном Arabidopsis ретротранспозона табака Tnt1 контролируется обратимым подавлением транскрипционного гена». Plant Physiology . 147 (3): 1264–78. doi :10.1104/pp.108.117846. PMC 2442547 . PMID  18467467. 
  8. ^ ab Nuthikattu S, McCue AD, Panda K, Fultz D, DeFraia C, Thomas EN, Slotkin RK (май 2013 г.). «Инициация эпигенетического подавления активных мобильных элементов запускается RDR6 и малыми интерферирующими РНК длиной 21–22 нуклеотида». Физиология растений . 162 (1): 116–31. doi :10.1104/pp.113.216481. PMC 3641197. PMID  23542151 . 
  9. ^ abcdef Мари-Ордоньес А, Марше А, Эчеверри М, Мартин А, Колот В, Войнне О (сентябрь 2013 г.). «Реконструкция молчания de novo активного ретротранспозона растений». Природная генетика . 45 (9): 1029–39. дои : 10.1038/ng.2703. PMID  23852169. S2CID  13122409.
  10. ^ abcde McCue AD, Panda K, Nuthikattu S, Choudury SG, Thomas EN, Slotkin RK (январь 2015 г.). «ARGONAUTE 6 соединяет транспозируемые элементы мРНК-производные siRNA с установлением метилирования ДНК». The EMBO Journal . 34 (1): 20–35. doi :10.15252/embj.201489499. PMC 4291478 . PMID  25388951. 
  11. ^ Harris CJ, Scheibe M, Wongpalee SP, Liu W, Cornett EM, Vaughan RM и др. (декабрь 2018 г.). «Комплекс считывателя метилирования ДНК, который усиливает транскрипцию генов». Science . 362 (6419): 1182–1186. Bibcode :2018Sci...362.1182H. doi :10.1126/science.aar7854. PMC 6353633 . PMID  30523112. 
  12. ^ abcdef Williams BP, Pignatta D, Henikoff S, Gehring M (март 2015 г.). «Чувствительная к метилированию экспрессия гена ДНК-деметилазы служит эпигенетическим реостатом». PLOS Genetics . 11 (3): e1005142. doi : 10.1371/journal.pgen.1005142 . PMC 4380477 . PMID  25826366. 
  13. ^ abcd Lei M, Zhang H, Julian R, Tang K, Xie S, Zhu JK (март 2015 г.). "Регуляторная связь между метилированием ДНК и активным деметилированием у Arabidopsis". Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 112 (11): 3553–7. Bibcode : 2015PNAS..112.3553L. doi : 10.1073/pnas.1502279112 . PMC 4371987. PMID  25733903 . 
  14. ^ ab Penterman J, Zilberman D, Huh JH, Ballinger T, Henikoff S, Fischer RL (апрель 2007 г.). «Деметилирование ДНК в геноме Arabidopsis». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (16): 6752–7. Bibcode : 2007PNAS..104.6752P. doi : 10.1073/pnas.0701861104 . PMC 1847597. PMID  17409185 . 
  15. ^ Cho J (2018). «Транспозонные некодирующие РНК и их функция в растениях». Frontiers in Plant Science . 9 : 600. doi : 10.3389/fpls.2018.00600 . PMC 5943564. PMID  29774045. 
  16. ^ Mirouze M, Reinders J, Bucher E, Nishimura T, Schneeberger K, Ossowski S и др. (сентябрь 2009 г.). «Избирательный эпигенетический контроль ретротранспозиции у Arabidopsis». Nature . 461 (7262): 427–30. Bibcode :2009Natur.461..427M. doi :10.1038/nature08328. PMID  19734882. S2CID  205218044.
  17. ^ ab Ito H, Gaubert H, Bucher E, Mirouze M, Vaillant I, Paszkowski J (апрель 2011 г.). «Путь siRNA предотвращает трансгенерационную ретротранспозицию у растений, подверженных стрессу». Nature . 472 (7341): 115–9. Bibcode :2011Natur.472..115I. doi :10.1038/nature09861. PMID  21399627. S2CID  4426724.
  18. ^ ab Cavrak VV, Lettner N, Jamge S, Kosarewicz A, Bayer LM, Mittelsten Scheid O (январь 2014 г.). «Как ретротранспозон использует реакцию растения на тепловой стресс для своей активации». PLOS Genetics . 10 (1): e1004115. doi : 10.1371/journal.pgen.1004115 . PMC 3907296 . PMID  24497839. 
  19. ^ ab Soppe WJ, Jacobsen SE, Alonso-Blanco C, Jackson JP, Kakutani T, Koornneef M, Peeters AJ (октябрь 2000 г.). "Фенотип позднего цветения мутантов fwa вызван эпигенетическими аллелями усиления функции гена гомеодомена". Molecular Cell . 6 (4): 791–802. doi : 10.1016/s1097-2765(05)00090-0 . PMID  11090618.
  20. ^ ab Kinoshita Y, Saze H, Kinoshita T, Miura A, Soppe WJ, Koornneef M, Kakutani T (январь 2007 г.). «Контроль подавления гена FWA у Arabidopsis thaliana с помощью прямых повторов, связанных с SINE». The Plant Journal . 49 (1): 38–45. doi :10.1111/j.1365-313X.2006.02936.x. hdl : 11858/00-001M-0000-0012-38D2-5 . PMID  17144899.
  21. ^ Gouil Q, Baulcombe DC (декабрь 2016 г.). «Сигнатуры метилирования ДНК хромометилтрансфераз растений». PLOS Genetics . 12 (12): e1006526. doi : 10.1371/journal.pgen.1006526 . PMC 5221884. PMID  27997534 . 
  22. ^ Grover JW, Kendall T, Baten A, Burgess D, Freeling M, King GJ, Mosher RA (май 2018 г.). «Материнские компоненты РНК-направленного метилирования ДНК необходимы для развития семян у Brassica rapa». The Plant Journal . 94 (4): 575–582. doi : 10.1111/tpj.13910 . hdl : 10150/628261 . PMID  29569777. S2CID  4212729.
  23. ^ ab Wang G, Köhler C (февраль 2017 г.). «Эпигенетические процессы в воспроизводстве цветковых растений». Журнал экспериментальной ботаники . 68 (4): 797–807. doi : 10.1093/jxb/erw486 . PMID  28062591. S2CID  23237961.
  24. ^ abc Martinez G, Köhler C (апрель 2017 г.). «Роль малых РНК в эпигенетическом перепрограммировании во время полового размножения растений». Current Opinion in Plant Biology . 36 : 22–28. Bibcode :2017COPB...36...22M. doi :10.1016/j.pbi.2016.12.006. PMID  28088028.
  25. ^ ab Ольмедо-Монфил В., Дуран-Фигероа Н., Артеага-Васкес М., Демеса-Аревало Е., Отран Д., Гриманелли Д. и др. (март 2010 г.). «Контроль образования женских гамет с помощью пути малой РНК у Arabidopsis». Природа . 464 (7288): 628–32. Бибкод : 2010Natur.464..628O. дои : 10.1038/nature08828. ПМЦ 4613780 . ПМИД  20208518. 
  26. ^ Slotkin RK, Vaughn M, Borges F, Tanurdzić M, Becker JD, Feijó JA, Martienssen RA (февраль 2009 г.). «Эпигенетическое перепрограммирование и подавление малых РНК мобильных элементов в пыльце». Cell . 136 (3): 461–72. doi :10.1016/j.cell.2008.12.038. PMC 2661848 . PMID  19203581. 
  27. ^ ab Martínez G, Panda K, Köhler C, Slotkin RK (март 2016 г.). «Замолкание в сперматозоидах управляется движением РНК из окружающей питающей клетки». Nature Plants . 2 (4): 16030. doi :10.1038/nplants.2016.30. PMID  27249563. S2CID  24746649.
  28. ^ Erdmann RM, Hoffmann A, Walter HK, Wagenknecht HA, Groß-Hardt R, Gehring M (сентябрь 2017 г.). «Молекулярное движение в женском гаметофите Arabidopsis thaliana». Plant Reproduction . 30 (3): 141–146. doi :10.1007/s00497-017-0304-3. PMC 5599461. PMID  28695277 . 
  29. ^ abc Siomi MC, Sato K, Pezic D, Aravin AA (апрель 2011 г.). «PIWI-взаимодействующие малые РНК: авангард защиты генома». Nature Reviews. Молекулярная клеточная биология . 12 (4): 246–58. doi :10.1038/nrm3089. PMID  21427766. S2CID  5710813.
  30. ^ abc Ernst C, Odom DT, Kutter C (ноябрь 2017 г.). «Появление piRNAs против вторжения транспозонов для сохранения целостности генома млекопитающих». Nature Communications . 8 (1): 1411. Bibcode :2017NatCo...8.1411E. doi :10.1038/s41467-017-01049-7. PMC 5681665 . PMID  29127279. 
  31. ^ ab Kawakatsu T, Stuart T, Valdes M, Breakfield N, Schmitz RJ, Nery JR и др. (апрель 2016 г.). «Уникальные специфичные для типа клеток закономерности метилирования ДНК в корневой меристеме». Nature Plants . 2 (5): 16058. doi :10.1038/nplants.2016.58. PMC 4855458 . PMID  27243651. 
  32. ^ Vu TM, Nakamura M, Calarco JP, Susaki D, Lim PQ, Kinoshita T и др. (Июль 2013 г.). «РНК-направленное метилирование ДНК регулирует родительский геномный импринтинг в нескольких локусах у Arabidopsis». Development . 140 (14): 2953–60. doi :10.1242/dev.092981. PMC 3879202 . PMID  23760956. 
  33. ^ Waters AJ, Bilinski P, Eichten SR, Vaughn MW, Ross-Ibarra J, Gehring M, Springer NM (ноябрь 2013 г.). «Комплексный анализ импринтированных генов кукурузы выявляет аллельные вариации для импринтинга и ограниченное сохранение с другими видами». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (48): 19639–44. Bibcode : 2013PNAS..11019639W. doi : 10.1073/pnas.1309182110 . PMC 3845156. PMID  24218619 . 
  34. ^ Pignatta D, Erdmann RM, Scheer E, Picard CL, Bell GW, Gehring M (июль 2014 г.). «Естественные эпигенетические полиморфизмы приводят к внутривидовой изменчивости в импринтинге генов Arabidopsis». eLife . 3 : e03198. doi : 10.7554/eLife.03198 . PMC 4115658 . PMID  24994762. 
  35. ^ Klosinska M, Picard CL, Gehring M (сентябрь 2016 г.). «Сохраняющийся импринтинг, связанный с уникальными эпигенетическими сигнатурами в роде Arabidopsis». Nature Plants . 2 (10): 16145. doi :10.1038/nplants.2016.145. PMC 5367468 . PMID  27643534. 
  36. ^ Hatorangan MR, Laenen B, Steige KA, Slotte T, Köhler C (август 2016 г.). «Быстрая эволюция геномного импринтинга у двух видов Brassicaceae». The Plant Cell . 28 (8): 1815–27. doi :10.1105/tpc.16.00304. PMC 5006707. PMID  27465027 . 
  37. ^ Erdmann RM, Satyaki PR, Klosinska M, Gehring M (декабрь 2017 г.). «Путь малого РНК опосредует аллельную дозировку в эндосперме». Cell Reports . 21 (12): 3364–3372. doi : 10.1016/j.celrep.2017.11.078 . hdl : 1721.1/113266 . PMID  29262317.
  38. ^ Satyaki PR, Gehring M (июль 2019 г.). «Гены канонического пути метилирования ДНК, направленного на отцовскую РНК, повышают чувствительность эндосперма Arabidopsis к дозировке отцовского генома». The Plant Cell . 31 (7): 1563–1578. doi :10.1105/tpc.19.00047. PMC 6635864 . PMID  31064867. 
  39. ^ Ивасаки М., Хювяринен Л., Пискуревич У., Лопес-Молина Л. (март 2019 г.). «Неканоническое РНК-направленное метилирование ДНК участвует в материнском и экологическом контроле покоя семян». eLife . 8 . doi : 10.7554/eLife.37434 . PMC 6435323 . PMID  30910007. 
  40. ^ Cheng J, Niu Q, Zhang B, Chen K, Yang R, Zhu JK и др. (декабрь 2018 г.). «Понижение уровня RdDM во время созревания плодов клубники». Genome Biology . 19 (1): 212. doi : 10.1186/s13059-018-1587-x . PMC 6280534 . PMID  30514401. 
  41. ^ Guo X, Ma Z, Zhang Z, Cheng L, Zhang X, Li T (2017). «Секвенирование малых РНК связывает физиологические изменения и процесс RdDM с вегетативно-цветочным переходом у яблони». Frontiers in Plant Science . 8 : 873. doi : 10.3389/fpls.2017.00873 . PMC 5447065. PMID  28611800 . 
  42. ^ Fortes AM, Gallusci P (2017-02-06). "Реакции растений на стресс и фенотипическая пластичность в эпоху эпигеномики: перспективы сценария виноградной лозы, модели для многолетних культурных растений". Frontiers in Plant Science . 8 : 82. doi : 10.3389/fpls.2017.00082 . PMC 5292615 . PMID  28220131. 
  43. ^ Кумар А., Беннетцен Дж. Л. (1999). «Растительные ретротранспозоны». Annual Review of Genetics . 33 : 479–532. doi :10.1146/annurev.genet.33.1.479. PMID  10690416.
  44. ^ Ито Х, Ким Дж.М., Мацунага В., Сазе Х., Мацуи А., Эндо Т.А. и др. (март 2016 г.). «Активируемый стрессом транспозон арабидопсиса вызывает трансгенерационную нечувствительность к абсцизовой кислоте». Научные отчеты . 6 (1): 23181. Бибкод : 2016NatSR...623181I. дои : 10.1038/srep23181. ПМЦ 4791638 . ПМИД  26976262. 
  45. ^ Liu J, Feng L, Li J, He Z (2015-04-24). "Генетический и эпигенетический контроль тепловых реакций растений". Frontiers in Plant Science . 6 : 267. doi : 10.3389/fpls.2015.00267 . PMC 4408840. PMID  25964789 . 
  46. ^ Popova OV, Dinh HQ, Aufsatz W, Jonak C (март 2013 г.). «Путь RdDM необходим для базальной теплоустойчивости Arabidopsis». Molecular Plant . 6 (2): 396–410. doi :10.1093/mp/sst023. PMC 3603006 . PMID  23376771. 
  47. ^ Tricker PJ, Gibbings JG, Rodríguez López CM, Hadley P, Wilkinson MJ (июнь 2012 г.). «Низкая относительная влажность запускает РНК-направленное метилирование ДНК de novo и подавление генов, контролирующих развитие устьиц». Journal of Experimental Botany . 63 (10): 3799–813. doi :10.1093/jxb/ers076. PMC 3733579 . PMID  22442411. 
  48. ^ Xu R, Wang Y, Zheng H, Lu W, Wu C, Huang J и др. (сентябрь 2015 г.). «Индуцированный солью фактор транскрипции MYB74 регулируется путем РНК-направленного метилирования ДНК у Arabidopsis». Журнал экспериментальной ботаники . 66 (19): 5997–6008. doi :10.1093/jxb/erv312. PMC 4566987 . PMID  26139822. 
  49. ^ abcd Wassenegger M, Heimes S, Riedel L, Sänger HL (февраль 1994). "РНК-направленное de novo метилирование геномных последовательностей в растениях". Cell . 76 (3): 567–76. doi :10.1016/0092-8674(94)90119-8. PMID  8313476. S2CID  35858018.
  50. ^ abcd Huang J, Yang M, Zhang X (апрель 2016 г.). «Функция малых РНК в реакции растений на биотический стресс». Журнал интегративной биологии растений . 58 (4): 312–27. doi : 10.1111/jipb.12463 . PMID  26748943.
  51. ^ Raja P, Jackel JN, Li S, Heard IM, Bisaro DM (март 2014 г.). «Двуцепочечный РНК-связывающий белок Arabidopsis DRB3 участвует в защите от геминивирусов, опосредованной метилированием». Journal of Virology . 88 (5): 2611–22. doi :10.1128/JVI.02305-13. PMC 3958096 . PMID  24352449. 
  52. ^ Джекел Дж. Н., Сторер Дж. М., Курси Т., Бисаро Д. М. (август 2016 г.). Саймон А. (ред.). «РНК-полимеразы IV и V арабидопсиса необходимы для установления метилирования H3K9, но не метилирования цитозина на хроматине геминивируса». Журнал вирусологии . 90 (16): 7529–7540. doi :10.1128/JVI.00656-16. PMC 4984644. PMID 27279611  . 
  53. ^ ab Diezma-Navas L, Pérez-González A, Artaza H, Alonso L, Caro E, Llave C, Ruiz-Ferrer V (октябрь 2019 г.). «Перекрестная связь между эпигенетическим молчанием и инфекцией вирусом погремушки табака у Arabidopsis». Molecular Plant Pathology . 20 (10): 1439–1452. doi :10.1111/mpp.12850. PMC 6792132 . PMID  31274236. 
  54. ^ Calil IP, Fontes EP (март 2017 г.). «Иммунитет растений против вирусов: в фокусе противовирусные иммунные рецепторы». Annals of Botany . 119 (5): 711–723. doi :10.1093/aob/mcw200. PMC 5604577. PMID  27780814. 
  55. ^ abcdefghi Matzke MA, Mosher RA (июнь 2014 г.). «РНК-направленное метилирование ДНК: эпигенетический путь возрастающей сложности». Nature Reviews. Genetics . 15 (6): 394–408. doi :10.1038/nrg3683. PMID  24805120. S2CID  54489227.
  56. ^ Wang MB, Masuta C, Smith NA, Shimura H (октябрь 2012 г.). «Подавление РНК и вирусные заболевания растений». Molecular Plant-Microbe Interactions . 25 (10): 1275–85. doi : 10.1094/MPMI-04-12-0093-CR . PMID  22670757.
  57. ^ Wang Y, Wu Y, Gong Q, Ismayil A, Yuan Y, Lian B и др. (март 2019 г.). Simon AE (ред.). «Geminiviral V2 Protein Suppresses Transcriptional Gene Silencing through Interaction with AGO4». Journal of Virology . 93 (6): e01675–18, /jvi/93/6/JVI.01675–18.atom. doi :10.1128/JVI.01675-18. PMC 6401443 . PMID  30626668. 
  58. ^ ab Dowen RH, Pelizzola M, Schmitz RJ, Lister R, Dowen JM, Nery JR и др. (август 2012 г.). «Широко распространенное динамическое метилирование ДНК в ответ на биотический стресс». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (32): E2183-91. doi : 10.1073/pnas.1209329109 . PMC 3420206. PMID  22733782 . 
  59. ^ López A, Ramírez V, García-Andrade J, Flors V, Vera P (декабрь 2011 г.). Pikaard CS (ред.). «Фермент подавления РНК РНК-полимераза v необходима для иммунитета растений». PLOS Genetics . 7 (12): e1002434. doi : 10.1371/journal.pgen.1002434 . PMC 3248562 . PMID  22242006. 
  60. ^ ab Rasmann S, De Vos M, Casteel CL, Tian D, Halitschke R, Sun JY и др. (февраль 2012 г.). «Травоядность в предыдущем поколении подготавливает растения к повышенной устойчивости к насекомым». Plant Physiology . 158 (2): 854–63. doi :10.1104/pp.111.187831. PMC 3271773 . PMID  22209873. 
  61. ^ Gohlke J, Scholz CJ, Kneitz S, Weber D, Fuchs J, Hedrich R, Deeken R (2013-02-07). McDowell JM (ред.). «Контроль экспрессии генов, опосредованный метилированием ДНК, имеет решающее значение для развития опухолей корончатого галла». PLOS Genetics . 9 (2): e1003267. doi : 10.1371/journal.pgen.1003267 . PMC 3567176 . PMID  23408907. 
  62. ^ Espinas NA, Saze H, Saijo Y (2016-08-11 ) . "Эпигенетический контроль защитных сигналов и прайминга у растений". Frontiers in Plant Science . 7 : 1201. doi : 10.3389/fpls.2016.01201 . PMC 4980392. PMID  27563304. 
  63. ^ Aufsatz W, Mette MF, van der Winden J, Matzke AJ, Matzke M (декабрь 2002 г.). «РНК-направленное метилирование ДНК у Arabidopsis». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 99 Suppl 4 (Приложение 4): 16499–506. Bibcode : 2002PNAS...9916499A. doi : 10.1073/pnas.162371499 . PMC 139914. PMID  12169664 . 
  64. ^ ab Matzke MA, Primig M, Trnovsky J, Matzke AJ (март 1989). "Обратимое метилирование и инактивация маркерных генов в последовательно трансформированных растениях табака". The EMBO Journal . 8 (3): 643–9. doi :10.1002/j.1460-2075.1989.tb03421.x. PMC 400855 . PMID  16453872. 
  65. ^ Gutzat R, Mittelsten Scheid O (ноябрь 2012 г.). «Эпигенетические ответы на стресс: тройная защита?». Current Opinion in Plant Biology . 15 (5): 568–73. Bibcode : 2012COPB...15..568G. doi : 10.1016/j.pbi.2012.08.007. PMC 3508409. PMID  22960026 . 
  66. ^ Бойко А, Ковальчук И (август 2010 г.). Шиу Ш (ред.). «Трансгенерационный ответ на стресс у Arabidopsis thaliana». Plant Signaling & Behavior . 5 (8): 995–8. Bibcode : 2010PlSiB...5..995B. doi : 10.4161/psb.5.8.12227. PMC 3115178. PMID  20724818 . 
  67. ^ Mermigka G, Verret F, Kalantidis K (апрель 2016 г.). «Движение подавления РНК в растениях». Журнал интегративной биологии растений . 58 (4): 328–42. doi : 10.1111/jipb.12423 . PMID  26297506.
  68. ^ Lewsey MG, Hardcastle TJ, Melnyk CW, Molnar A, Valli A, Urich MA и др. (февраль 2016 г.). «Мобильные малые РНК регулируют метилирование ДНК по всему геному». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 113 (6): E801-10. Bibcode : 2016PNAS..113E.801L. doi : 10.1073/pnas.1515072113 . PMC 4760824. PMID  26787884 . 
  69. ^ ab Tamiru M, Hardcastle TJ, Lewsey MG (январь 2018 г.). «Регулирование метилирования ДНК по всему геному с помощью мобильных малых РНК». The New Phytologist . 217 (2): 540–546. doi : 10.1111/nph.14874 . PMID  29105762.
  70. ^ abc Molnar A, Melnyk CW, Bassett A, Hardcastle TJ, Dunn R, Baulcombe DC (май 2010 г.). «Малые РНК-ингибиторы в растениях мобильны и напрямую подвергают эпигенетической модификации клетки-реципиента». Science . 328 (5980): 872–5. Bibcode :2010Sci...328..872M. doi : 10.1126/science.1187959 . PMID  20413459. S2CID  206525853.
  71. ^ Bai S, Kasai A, Yamada K, Li T, Harada T (август 2011 г.). «Мобильный сигнал, транспортируемый на большое расстояние, вызывает системное подавление транскрипционных генов у привитого партнера». Журнал экспериментальной ботаники . 62 (13): 4561–70. doi :10.1093/jxb/err163. PMC 3170550. PMID  21652532 . 
  72. ^ Zhang W, Kollwig G, Stecyk E, Apelt F, Dirks R, Kragler F (октябрь 2014 г.). «Передача сигналов siRNA, вызванных инвертированным повтором, через трансплантат в цветы». The Plant Journal . 80 (1): 106–21. doi : 10.1111/tpj.12622 . PMID  25039964.
  73. ^ Parent JS, Martínez de Alba AE, Vaucheret H (2012). «Происхождение и эффект малых РНК-сигналов в растениях». Frontiers in Plant Science . 3 : 179. doi : 10.3389/fpls.2012.00179 . PMC 3414853. PMID  22908024 . 
  74. ^ ab Stroud H, Do T, Du J, Zhong X, Feng S, Johnson L и др. (январь 2014 г.). «Не-CG-паттерны метилирования формируют эпигенетический ландшафт у Arabidopsis». Nature Structural & Molecular Biology . 21 (1): 64–72. doi :10.1038/nsmb.2735. PMC 4103798 . PMID  24336224. 
  75. ^ ab Bewick AJ, Niederhuth CE, Ji L, Rohr NA, Griffin PT, Leebens-Mack J, Schmitz RJ (май 2017 г.). "Эволюция ХРОМОМЕТИЛАЗ и метилирование ДНК тела гена у растений". Genome Biology . 18 (1): 65. doi : 10.1186/s13059-017-1195-1 . PMC 5410703 . PMID  28457232. 
  76. ^ Bartels A, Han Q, Nair P, Stacey L, Gaynier H, Mosley M и др. (Июль 2018 г.). «Динамическое метилирование ДНК в процессе роста и развития растений». International Journal of Molecular Sciences . 19 (7): 2144. doi : 10.3390/ijms19072144 . PMC 6073778. PMID  30041459 . 
  77. ^ Wendte JM, Schmitz RJ (март 2018 г.). «Спецификации нацеливания модификаций гетерохроматина в растениях». Molecular Plant . 11 (3): 381–387. doi : 10.1016/j.molp.2017.10.002 . PMID  29032247.
  78. ^ Law JA, Jacobsen SE (март 2010 г.). «Установление, поддержание и изменение паттернов метилирования ДНК у растений и животных». Nature Reviews. Genetics . 11 (3): 204–20. doi :10.1038/nrg2719. PMC 3034103. PMID  20142834 . 
  79. ^ abcdefghijklmnop Cuerda-Gil D, Slotkin RK (ноябрь 2016 г.). "Неканоническое РНК-направленное метилирование ДНК". Nature Plants . 2 (11): 16163. doi :10.1038/nplants.2016.163. PMID  27808230. S2CID  4248951.
  80. ^ abcdefghijklm Matzke MA, Kanno T, Matzke AJ (2015). «РНК-направленное метилирование ДНК: эволюция сложного эпигенетического пути у цветковых растений». Annual Review of Plant Biology . 66 : 243–67. doi : 10.1146/annurev-arplant-043014-114633 . PMID  25494460.
  81. ^ abcd Wendte JM, Pikaard CS (январь 2017 г.). «РНК РНК-направленного метилирования ДНК». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Механизмы регуляции генов . 1860 (1): 140–148. doi :10.1016/j.bbagrm.2016.08.004. ПМК 5203809 . ПМИД  27521981. 
  82. ^ Чжай Дж., Бишоф С., Ван Х., Фэн С., Ли Т.Ф., Тенг С. и др. (октябрь 2015 г.). «Модель одного предшественника и одной миРНК для Pol IV-зависимого биогенеза миРНК». Клетка . 163 (2): 445–55. дои : 10.1016/j.cell.2015.09.032. ПМК 5023148 ​​. ПМИД  26451488. 
  83. ^ abc Blevins T, Podicheti R, Mishra V, Marasco M, Wang J, Rusch D и др. (октябрь 2015 г.). «Идентификация Pol IV и RDR2-зависимых предшественников 24-нуклеотидных siRNA, направляющих метилирование ДНК de novo у Arabidopsis». eLife . 4 : e09591. doi : 10.7554/eLife.09591 . PMC 4716838 . PMID  26430765. 
  84. ^ ab Singh J, Mishra V, Wang F, Huang HY, Pikaard CS (август 2019 г.). «Механизмы реакции Pol IV, RDR2 и DCL3 управляют каналированием РНК в пути метилирования ДНК, направленном siRNA». Molecular Cell . 75 (3): 576–589.e5. doi :10.1016/j.molcel.2019.07.008. PMC 6698059 . PMID  31398324. 
  85. ^ Panda K, Ji L, Neumann DA, Daron J, Schmitz RJ, Slotkin RK (август 2016 г.). «Полноразмерные автономные мобильные элементы преимущественно нацелены на экспрессионно-зависимые формы РНК-направленного метилирования ДНК». Genome Biology . 17 (1): 170. doi : 10.1186/s13059-016-1032-y . PMC 4977677 . PMID  27506905. 
  86. ^ Zhang Z, Liu X, Guo X, Wang XJ, Zhang X (апрель 2016 г.). "Arabidopsis AGO3 преимущественно рекрутирует 24-нуклеотидные малые РНК для регулирования эпигенетического сайленсинга". Nature Plants . 2 (5): 16049. doi :10.1038/nplants.2016.49. PMID  27243648. S2CID  8933827.
  87. ^ Meister G (июль 2013 г.). «Аргонавтные белки: функциональные идеи и новые роли». Nature Reviews. Genetics . 14 (7): 447–59. doi :10.1038/nrg3462. PMID  23732335. S2CID  5210500.
  88. ^ abc Wierzbicki AT, Haag JR, Pikaard CS (ноябрь 2008 г.). «Некодирующая транскрипция РНК-полимеразой Pol IVb/Pol V опосредует транскрипционное подавление перекрывающихся и смежных генов». Cell . 135 (4): 635–48. doi :10.1016/j.cell.2008.09.035. PMC 2602798 . PMID  19013275. 
  89. ^ Cao X, Jacobsen SE (июль 2002 г.). «Роль метилтрансфераз DRM арабидопсиса в метилировании ДНК de novo и подавлении генов». Current Biology . 12 (13): 1138–44. Bibcode : 2002CBio...12.1138C. doi : 10.1016/s0960-9822(02)00925-9 . PMID  12121623. S2CID  15695949.
  90. ^ abc Gallego-Bartolomé J, Liu W, Kuo PH, Feng S, Ghoshal B, Gardiner J, et al. (февраль 2019 г.). «Совместное нацеливание РНК-полимераз IV и V способствует эффективному метилированию ДНК De Novo у Arabidopsis». Cell . 176 (5): 1068–1082.e19. doi :10.1016/j.cell.2019.01.029. PMC 6386582 . PMID  30739798. 
  91. ^ ab Voinnet O (июль 2008 г.). «Использование, толерантность и избегание подавления амплифицированной РНК растениями». Trends in Plant Science . 13 (7): 317–28. doi :10.1016/j.tplants.2008.05.004. PMID  18565786.
  92. ^ аб Понтье Д., Пикарт С., Рудье Ф., Гарсия Д., Ламми С., Азеведо Дж. и др. (октябрь 2012 г.). «NERD, специфичный для растений белок GW, определяет дополнительный RNAi-зависимый путь на основе хроматина у арабидопсиса». Молекулярная клетка . 48 (1): 121–32. doi : 10.1016/j.molcel.2012.07.027 . ПМИД  22940247.
  93. ^ abcd Haag JR, Pikaard CS (июль 2011 г.). «Мультисубъединичные РНК-полимеразы IV и V: поставщики некодирующих РНК для подавления генов растений». Nature Reviews. Molecular Cell Biology . 12 (8): 483–92. doi :10.1038/nrm3152. PMID  21779025. S2CID  9970159.
  94. ^ abc Zhou M, Law JA (октябрь 2015 г.). «РНК Pol IV и V в подавлении генов: мятежные полимеразы, отходящие от правил Pol II». Current Opinion in Plant Biology . 27 : 154–64. Bibcode : 2015COPB...27..154Z. doi : 10.1016/j.pbi.2015.07.005. PMC 4618083. PMID  26344361. 
  95. ^ ab Lahmy S, Pontier D, Bies-Etheve N, Laudié M, Feng S, Jobet E и др. (декабрь 2016 г.). «Доказательства взаимодействия ARGONAUTE4-ДНК при РНК-направленном метилировании ДНК у растений». Гены и развитие . 30 (23): 2565–2570. дои : 10.1101/gad.289553.116. ПМК 5204349 . ПМИД  27986858. 
  96. ^ abcd Henderson IR, Zhang X, Lu C, Johnson L, Meyers BC, Green PJ, Jacobsen SE (июнь 2006 г.). «Диссектинг функции DICER Arabidopsis thaliana в обработке малых РНК, подавлении генов и паттернировании метилирования ДНК». Nature Genetics . 38 (6): 721–5. doi :10.1038/ng1804. PMID  16699516. S2CID  10261689.
  97. ^ abcde Bologna NG, Voinnet O (2014). «Разнообразие, биогенез и активность эндогенных подавления малых РНК у Arabidopsis». Annual Review of Plant Biology . 65 : 473–503. doi :10.1146/annurev-arplant-050213-035728. PMID  24579988.
  98. ^ Wang J, Mei J, Ren G (2019). «МикроРНК растений: биогенез, гомеостаз и деградация». Frontiers in Plant Science . 10 : 360. doi : 10.3389/fpls.2019.00360 . PMC 6445950. PMID  30972093. 
  99. ^ abcdefghij Stroud H, Greenberg MV, Feng S, Bernatavichute YV, Jacobsen SE (январь 2013 г.). «Комплексный анализ мутантов сайленсинга выявляет сложную регуляцию метилома Arabidopsis». Cell . 152 (1–2): 352–64. doi :10.1016/j.cell.2012.10.054. PMC 3597350 . PMID  23313553. 
  100. ^ abcd Fang X, Qi Y (февраль 2016 г.). «RNAi in Plants: An Argonaute-Centered View». The Plant Cell . 28 (2): 272–85. doi :10.1105/tpc.15.00920. PMC 4790879. PMID 26869699  . 
  101. ^ Eun C, Lorkovic ZJ, Naumann U, Long Q, Havecker ER, Simon SA и др. (2011). "AGO6 функционирует в РНК-опосредованном подавлении транскрипционных генов в меристемах побегов и корней Arabidopsis thaliana". PLOS ONE . ​​6 (10): e25730. Bibcode :2011PLoSO...625730E. doi : 10.1371/journal.pone.0025730 . PMC 3187791 . PMID  21998686. 
  102. ^ Durán-Figueroa N, Vielle-Calzada JP (ноябрь 2010 г.). "ARGONAUTE9-зависимое подавление мобильных элементов в перицентромерных регионах Arabidopsis". Plant Signaling & Behavior . 5 (11): 1476–9. Bibcode : 2010PlSiB...5.1476D. doi : 10.4161/psb.5.11.13548. PMC 3115260. PMID  21057207 . 
  103. ^ Cao X, Aufsatz W, Zilberman D, Mette MF, Huang MS, Matzke M, Jacobsen SE (декабрь 2003 г.). «Роль метилтрансфераз DRM и CMT3 в РНК-направленном метилировании ДНК». Current Biology . 13 (24): 2212–7. Bibcode : 2003CBio...13.2212C. doi : 10.1016/j.cub.2003.11.052 . PMID  14680640. S2CID  8232599.
  104. ^ Law JA, Vashisht AA, Wohlschlegel JA, Jacobsen SE (июль 2011 г.). "SHH1, гомеодоменный белок, необходимый для метилирования ДНК, а также RDR2, RDM4 и факторы ремоделирования хроматина, ассоциируются с РНК-полимеразой IV". PLOS Genetics . 7 (7): e1002195. doi : 10.1371/journal.pgen.1002195 . PMC 3141008 . PMID  21811420. 
  105. ^ Zhang H, Ma ZY, Zeng L, Tanaka K, Zhang CJ, Ma J, et al. (май 2013 г.). «DTF1 является основным компонентом РНК-направленного метилирования ДНК и может помогать в наборе Pol IV». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (20): 8290–5. Bibcode : 2013PNAS..110.8290Z. doi : 10.1073/pnas.1300585110 . PMC 3657815. PMID  23637343 . 
  106. ^ ab Law JA, Du J, Hale CJ, Feng S, Krajewski K, Palanca AM и др. (июнь 2013 г.). «Занятие полимеразой IV участков метилирования ДНК, направленного на РНК, требует SHH1». Nature . 498 (7454): 385–9. Bibcode :2013Natur.498..385L. doi :10.1038/nature12178. PMC 4119789 . PMID  23636332. 
  107. ^ abc Zhou M, Palanca AM, Law JA (июнь 2018 г.). «Локус-специфический контроль пути метилирования ДНК de novo у Arabidopsis семейством CLASSY». Nature Genetics . 50 (6): 865–873. doi :10.1038/s41588-018-0115-y. PMC 6317521 . PMID  29736015. 
  108. ^ ab Yang DL, Zhang G, Wang L, Li J, Xu D, Di C и др. (2018). «Четыре предполагаемых ремоделера хроматина SWI2/SNF2 играют двойную роль в регуляции метилирования ДНК у Arabidopsis». Cell Discovery . 4 : 55. doi :10.1038/s41421-018-0056-8. PMC 6189096 . PMID  30345072. 
  109. ^ Ji L, Chen X (апрель 2012 г.). «Регулирование стабильности малых РНК: метилирование и далее». Cell Research . 22 (4): 624–36. doi :10.1038/cr.2012.36. PMC 3317568. PMID 22410795  . 
  110. ^ abcd Liu ZW, Shao CR, Zhang CJ, Zhou JX, Zhang SW, Li L и др. (январь 2014 г.). «Доменные белки SET SUVH2 и SUVH9 необходимы для размещения Pol V в локусах метилирования ДНК, направленного РНК». PLOS Genetics . 10 (1): e1003948. doi : 10.1371/journal.pgen.1003948 . PMC 3898904 . PMID  24465213. 
  111. ^ Вежбицкий А.Т., Реам Т.С., Хааг-младший, Пикаард К.С. (май 2009 г.). «Транскрипция РНК-полимеразы V направляет ARGONAUTE4 к хроматину». Природная генетика . 41 (5): 630–4. дои : 10.1038/ng.365. ПМЦ 2674513 . ПМИД  19377477. 
  112. ^ Zhong X, Hale CJ, Law JA, Johnson LM, Feng S, Tu A, Jacobsen SE (сентябрь 2012 г.). «Комплекс DDR способствует глобальной ассоциации РНК-полимеразы V с промоторами и эволюционно молодыми транспозонами». Nature Structural & Molecular Biology . 19 (9): 870–5. doi :10.1038/nsmb.2354. PMC 3443314 . PMID  22864289. 
  113. ^ Пикард CS, Хааг JR, Понтес OM, Блевинс T, Коклин R (2012). «Модель транскрипционной вилки для Pol IV и Pol V-зависимого РНК-направленного метилирования ДНК». Симпозиумы Cold Spring Harbor по количественной биологии . 77 : 205–12. doi : 10.1101/sqb.2013.77.014803 . PMID  23567894.
  114. ^ He XJ, Hsu YF, Zhu S, Wierzbicki AT, Pontes O, Pikaard CS и др. (май 2009 г.). «Эффектором РНК-направленного метилирования ДНК у арабидопсиса является 4- и РНК-связывающий белок ARGONAUTE». Клетка . 137 (3): 498–508. дои : 10.1016/j.cell.2009.04.028. ПМК 2700824 . ПМИД  19410546. 
  115. ^ Liu W, Duttke SH, Hetzel J, Groth M, Feng S, Gallego-Bartolome J и др. (март 2018 г.). «РНК-направленное метилирование ДНК включает ко-транскрипционное нарезание транскриптов полимеразы V под управлением малых РНК в Arabidopsis». Nature Plants . 4 (3): 181–188. doi :10.1038/s41477-017-0100-y. PMC 5832601 . PMID  29379150. 
  116. ^ ab Zhu Y, Rowley MJ, Böhmdorfer G, Wierzbicki AT (январь 2013 г.). «Комплекс ремоделирования хроматина SWI/SNF действует при некодирующей РНК-опосредованной транскрипционной глушении». Molecular Cell . 49 (2): 298–309. doi :10.1016/j.molcel.2012.11.011. PMC 3560041 . PMID  23246435. 
  117. ^ Ausin I, Mockler TC, Chory J, Jacobsen SE (декабрь 2009 г.). «IDN1 и IDN2 необходимы для метилирования ДНК de novo у Arabidopsis thaliana». Nature Structural & Molecular Biology . 16 (12): 1325–7. doi :10.1038/nsmb.1690. PMC 2842998 . PMID  19915591. 
  118. ^ Xie M, Ren G, Zhang C, Yu B (ноябрь 2012 г.). «ДНК- и РНК-связывающий белок FACTOR of DNA METHYLATION 1 требует образования комплекса, опосредованного доменом XH, для своей функции в РНК-направленном метилировании ДНК». The Plant Journal . 72 (3): 491–500. doi : 10.1111/j.1365-313X.2012.05092.x . PMID  22757778.
  119. ^ Жюльен П.Е., Сусаки Д., Елагандула Р., Хигасияма Т., Бергер Ф. (октябрь 2012 г.). «Динамика метилирования ДНК при половом размножении Arabidopsis thaliana». Современная биология . 22 (19): 1825–30. Бибкод : 2012CBio...22.1825J. дои : 10.1016/j.cub.2012.07.061 . PMID  22940470. S2CID  18586419.
  120. ^ abcd Blevins T, Pontvianne F, Cocklin R, Podicheti R, Chandrasekhara C, Yerneni S и др. (апрель 2014 г.). «Двухступенчатый процесс эпигенетического наследования у Arabidopsis». Molecular Cell . 54 (1): 30–42. doi :10.1016/j.molcel.2014.02.019. PMC 3988221 . PMID  24657166. 
  121. ^ Peters AH, Kubicek S, Mechtler K, O'Sullivan RJ, Derijck AA, Perez-Burgos L, et al. (Декабрь 2003). "Разделение и пластичность репрессивных состояний метилирования гистонов в хроматине млекопитающих". Molecular Cell . 12 (6): 1577–89. doi : 10.1016/s1097-2765(03)00477-5 . PMID  14690609.
  122. ^ Джексон JP, Джонсон L, Ясенчакова Z, Чжан X, ПересБургос L, Сингх PB, и др. (март 2004 г.). «Диметилирование гистона H3 лизина 9 является критической меткой для метилирования ДНК и подавления генов у Arabidopsis thaliana». Chromosoma . 112 (6): 308–15. doi :10.1007/s00412-004-0275-7. PMID  15014946. S2CID  17798608.
  123. ^ abc Du J, Johnson LM, Jacobsen SE, Patel DJ (сентябрь 2015 г.). «Пути метилирования ДНК и их взаимодействие с метилированием гистонов». Nature Reviews. Molecular Cell Biology . 16 (9): 519–32. doi :10.1038/nrm4043. PMC 4672940. PMID  26296162 . 
  124. ^ Li X, Harris CJ, Zhong Z, Chen W, Liu R, Jia B и др. (сентябрь 2018 г.). «Механистическое понимание метилтрансфераз семейства H3K9 растений SUVH и их связывание с контекстно-зависимым не-CG метилированием ДНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 115 (37): E8793–E8802. Bibcode : 2018PNAS..115E8793L. doi : 10.1073 /pnas.1809841115 . PMC 6140468. PMID  30150382. 
  125. ^ Du J, Zhong X, Bernatavichute YV, Stroud H, Feng S, Caro E и др. (сентябрь 2012 г.). «Двойное связывание доменов хромометилазы с нуклеосомами, содержащими H3K9me2, направляет метилирование ДНК в растениях». Cell . 151 (1): 167–80. doi :10.1016/j.cell.2012.07.034. PMC 3471781 . PMID  23021223. 
  126. ^ ab Lachner M, O'Carroll D, Rea S, Mechtler K, Jenuwein T (март 2001 г.). «Метилирование лизина 9 гистона H3 создает сайт связывания для белков HP1». Nature . 410 (6824): 116–20. Bibcode :2001Natur.410..116L. doi :10.1038/35065132. PMID  11242053. S2CID  4331863.
  127. ^ Mylne JS, Barrett L, Tessadori F, Mesnage S, Johnson L, Bernatavichute YV и др. (март 2006 г.). "LHP1, гомолог Arabidopsis HETEROCHROMATIN PROTEIN1, необходим для эпигенетического подавления FLC". Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (13): 5012–7. Bibcode : 2006PNAS..103.5012M. doi : 10.1073/pnas.0507427103 . PMC 1458786. PMID  16549797 . 
  128. ^ Zhao S, Cheng L, Gao Y, Zhang B, Zheng X, Wang L и др. (январь 2019 г.). «Растительный белок HP1 ADCP1 связывает считывание многовалентного метилирования H3K9 с образованием гетерохроматина». Cell Research . 29 (1): 54–66. doi :10.1038/s41422-018-0104-9. PMC 6318295 . PMID  30425322. 
  129. ^ Klemm SL, Shipony Z, Greenleaf WJ (апрель 2019 г.). «Доступность хроматина и регуляторный эпигеном». Nature Reviews. Genetics . 20 (4): 207–220. doi :10.1038/s41576-018-0089-8. PMID  30675018. S2CID  59159906.
  130. ^ Вонгс А., Какутани Т., Мартиенссен Р.А., Ричардс Э.Дж. (июнь 1993 г.). «Мутанты по метилированию ДНК Arabidopsis thaliana». Наука . 260 (5116): 1926–8. Бибкод : 1993Sci...260.1926V. дои : 10.1126/science.8316832. ПМИД  8316832.
  131. ^ ab Jeddeloh JA, Stokes TL, Richards EJ (май 1999). «Поддержание геномного метилирования требует белка, подобного SWI2/SNF2». Nature Genetics . 22 (1): 94–7. doi :10.1038/8803. PMID  10319870. S2CID  20199014.
  132. ^ Kankel MW, Ramsey DE, Stokes TL, Flowers SK, Haag JR, Jeddeloh JA и др. (март 2003 г.). «Мутанты цитозиновой метилтрансферазы Arabidopsis MET1». Genetics . 163 (3): 1109–22. doi :10.1093/genetics/163.3.1109. PMC 1462485 . PMID  12663548. 
  133. ^ Jones L, Ratcliff F, Baulcombe DC (май 2001 г.). «РНК-направленное подавление транскрипционных генов у растений может наследоваться независимо от триггера РНК и требует Met1 для поддержания». Current Biology . 11 (10): 747–57. Bibcode :2001CBio...11..747J. doi : 10.1016/s0960-9822(01)00226-3 . PMID  11378384. S2CID  16789197.
  134. ^ Chan SW, Henderson IR, Jacobsen SE (май 2005 г.). «Садоводство генома: метилирование ДНК у Arabidopsis thaliana». Nature Reviews. Genetics . 6 (5): 351–60. doi :10.1038/nrg1601. PMID  15861207. S2CID  20083628.
  135. ^ Li Y, Kumar S, Qian W (январь 2018 г.). «Активное деметилирование ДНК: механизм и роль в развитии растений». Plant Cell Reports . 37 (1): 77–85. doi :10.1007/s00299-017-2215-z. PMC 5758694 . PMID  29026973. 
  136. ^ Choi Y, Gehring M, Johnson L, Hannon M, Harada JJ, Goldberg RB и др. (июль 2002 г.). "DEMETER, белок домена ДНК-гликозилазы, необходим для импринтинга генов эндосперма и жизнеспособности семян у арабидопсиса". Cell . 110 (1): 33–42. doi : 10.1016/s0092-8674(02)00807-3 . PMID  12150995. S2CID  14828646.
  137. ^ Чжу Дж., Капур А., Шридхар В.В., Агиус Ф., Чжу Дж.К. (январь 2007 г.). «ДНК-гликозилаза/лиаза ROS1 сокращает структуру метилирования ДНК у арабидопсиса». Современная биология . 17 (1): 54–9. Бибкод : 2007CBio...17...54Z. дои : 10.1016/j.cub.2006.10.059 . PMID  17208187. S2CID  3955783.
  138. ^ Williams BP, Gehring M (декабрь 2017 г.). «Стабильное трансгенерационное эпигенетическое наследование требует контура, чувствительного к метилированию ДНК». Nature Communications . 8 (1): 2124. Bibcode :2017NatCo...8.2124W. doi :10.1038/s41467-017-02219-3. PMC 5730562 . PMID  29242626. 
  139. ^ Wang J, Blevins T, Podicheti R, Haag JR, Tan EH, Wang F, Pikaard CS (август 2017 г.). «Arabidopsis SMC4 идентифицирует конденсин как корепрессор перицентромерных транспозонов и условно экспрессируемых генов». Genes & Development . 31 (15): 1601–1614. doi :10.1101/gad.301499.117. PMC 5630024 . PMID  28882854. 
  140. ^ Кордова-Каньеро Д., Коньят В., Ариса Р.Р., Ролдан Архона Т., Молинье Дж. (декабрь 2017 г.). «Двойной контроль активного деметилирования ДНК, опосредованного ROS1, с помощью белка 2, связывающего повреждения ДНК (DDB2)». Заводской журнал . 92 (6): 1170–1181. дои : 10.1111/tpj.13753 . PMID  29078035. S2CID  37919309.
  141. ^ abcd Ream TS, Haag JR, Wierzbicki AT, Nicora CD, Norbeck AD, Zhu JK и др. (январь 2009 г.). «Составы субъединиц ферментов подавления РНК Pol IV и Pol V раскрывают их происхождение как специализированных форм РНК-полимеразы II». Molecular Cell . 33 (2): 192–203. doi :10.1016/j.molcel.2008.12.015. PMC 2946823 . PMID  19110459. 
  142. ^ abc Huang Y, Kendall T, Forsythe ES, Dorantes-Acosta A, Li S, Caballero-Pérez J, et al. (Июль 2015 г.). «Древнее происхождение и недавние инновации РНК-полимеразы IV и V». Молекулярная биология и эволюция . 32 (7): 1788–99. doi :10.1093/molbev/msv060. PMC 4476159. PMID  25767205 . 
  143. ^ Tucker SL, Reece J, Ream TS, Pikaard CS (2010). «Эволюционная история многосубъединичных РНК-полимераз растений IV и V: происхождение субъединиц через геномные и сегментные дупликации генов, ретротранспозицию и специфическую для линии субфункционализацию». Симпозиумы по количественной биологии в Колд-Спринг-Харбор . 75 : 285–97. doi : 10.1101/sqb.2010.75.037 . PMID  21447813.
  144. ^ Luo J, Hall BD (январь 2007 г.). «Многоступенчатый процесс привел к образованию РНК-полимеразы IV наземных растений». Журнал молекулярной эволюции . 64 (1): 101–12. Bibcode : 2007JMolE..64..101L. doi : 10.1007/s00239-006-0093-z. PMID  17160640. S2CID  37590716.
  145. ^ ab Haag JR, Brower-Toland B, Krieger EK, Sidorenko L, Nicora CD, Norbeck AD и др. (октябрь 2014 г.). «Функциональная диверсификация подтипов РНК-полимеразы кукурузы IV и V с помощью альтернативных каталитических субъединиц». Cell Reports . 9 (1): 378–390. doi :10.1016/j.celrep.2014.08.067. PMC 4196699 . PMID  25284785. 
  146. ^ Ma L, Hatlen A, Kelly LJ, Becher H, Wang W, Kovarik A и др. (сентябрь 2015 г.). «Покрытосеменные растения уникальны среди линий наземных растений в наличии ключевых генов в пути РНК-направленного метилирования ДНК (RdDM)». Genome Biology and Evolution . 7 (9): 2648–62. doi :10.1093/gbe/evv171. PMC 4607528. PMID 26338185  . 
  147. ^ Yaari R, Katz A, Domb K, Harris KD, Zemach A, Ohad N (апрель 2019 г.). "RdDM-независимое de novo и гетерохроматиновое метилирование ДНК ортологами CMT и DNMT3 растений". Nature Communications . 10 (1): 1613. Bibcode :2019NatCo..10.1613Y. doi :10.1038/s41467-019-09496-0. PMC 6453930 . PMID  30962443. 
  148. ^ ab Moran Y, Agron M, Praher D, Technau U (февраль 2017 г.). "Эволюционное происхождение микроРНК растений и животных". Nature Ecology & Evolution . 1 (3): 27. Bibcode :2017NatEE...1...27M. doi :10.1038/s41559-016-0027. PMC 5435108 . PMID  28529980. 
  149. ^ Castel SE, Martienssen RA (февраль 2013 г.). «Интерференция РНК в ядре: роль малых РНК в транскрипции, эпигенетике и не только». Nature Reviews. Genetics . 14 (2): 100–12. doi :10.1038/nrg3355. PMC 4205957. PMID 23329111  . 
  150. ^ Volpe TA, Kidner C, Hall IM, Teng G, Grewal SI, Martienssen RA (сентябрь 2002 г.). "Регулирование гетерохроматического сайленсинга и метилирования лизина-9 гистона H3 с помощью РНК-интерференции". Science . 297 (5588): 1833–7. Bibcode :2002Sci...297.1833V. doi : 10.1126/science.1074973 . PMID  12193640. S2CID  2613813.
  151. ^ Бюлер М., Вердель А., Моазед Д. (июнь 2006 г.). «Привязка RITS к формирующемуся транскрипту инициирует подавление генов, зависящее от РНК-интерференции и гетерохроматина». Cell . 125 (5): 873–86. doi : 10.1016/j.cell.2006.04.025 . PMID  16751098. S2CID  2938057.
  152. ^ Zaratiegui M, Castel SE, Irvine DV, Kloc A, Ren J, Li F и др. (октябрь 2011 г.). «РНК-интерференция способствует гетерохроматическому подавлению посредством связанного с репликацией высвобождения РНК-полимеразы II». Nature . 479 (7371): 135–8. Bibcode :2011Natur.479..135Z. doi :10.1038/nature10501. PMC 3391703 . PMID  22002604. 
  153. ^ Fagard M, Vaucheret H (июнь 2000 г.). «(ТРАНС)ГЕННОЕ ПОДАВЛЕНИЕ В РАСТЕНИЯХ: сколько механизмов?». Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology . 51 (1): 167–194. doi :10.1146/annurev.arplant.51.1.167. PMID  15012190.
  154. ^ Napoli C, Lemieux C, Jorgensen R (апрель 1990 г.). «Внедрение химерного гена синтазы халкона в петунию приводит к обратимой ко-супрессии гомологичных генов в транс». The Plant Cell . 2 (4): 279–289. doi :10.1105/tpc.2.4.279. PMC 159885 . PMID  12354959. 
  155. ^ van der Krol AR, Mur LA, Beld M, Mol JN, Stuitje AR (апрель 1990 г.). «Флавоноидные гены в петунии: добавление ограниченного числа копий генов может привести к подавлению экспрессии генов». The Plant Cell . 2 (4): 291–9. doi :10.1105/tpc.2.4.291. PMC 159886 . PMID  2152117. 
  156. ^ Depicker A, Montagu MV (июнь 1997). "Посттранскрипционное подавление генов у растений". Current Opinion in Cell Biology . 9 (3): 373–82. doi :10.1016/s0955-0674(97)80010-5. PMID  9159078.
  157. ^ Assaad FF, Tucker KL, Signer ER (сентябрь 1993 г.). «Эпигенетический повтор-индуцированный сайленсинг генов (RIGS) у Arabidopsis». Plant Molecular Biology . 22 (6): 1067–85. doi :10.1007/BF00028978. PMID  8400126. S2CID  26576784.
  158. ^ Ingelbrecht I, Van Houdt H, Van Montagu M, Depicker A (октябрь 1994 г.). «Посттранскрипционное подавление репортерных трансгенов в табаке коррелирует с метилированием ДНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 91 (22): 10502–6. Bibcode : 1994PNAS...9110502I. doi : 10.1073 /pnas.91.22.10502 . PMC 45049. PMID  7937983. 
  159. ^ Мейер П., Хайдманн И. (май 1994 г.). «Эпигенетические варианты трансгенной линии петунии демонстрируют гиперметилирование в трансгенной ДНК: указание на специфическое распознавание чужеродной ДНК в трансгенных растениях». Molecular & General Genetics . 243 (4): 390–9. doi :10.1007/BF00280469. PMID  8202084. S2CID  10429039.
  160. ^ Гринберг МВ, Осин И, Чан СВ, Кокус СДж, Куперус ДжТ, Фэн С и др. (март 2011 г.). «Идентификация генов, необходимых для метилирования ДНК de novo у Arabidopsis». Эпигенетика . 6 (3): 344–54. doi :10.4161/epi.6.3.14242. PMC 3092683. PMID  21150311 . 
  161. ^ Мейер П. (2013). «Трансгены и их вклад в эпигенетические исследования». Международный журнал биологии развития . 57 (6–8): 509–15. doi : 10.1387/ijdb.120254pm . PMID  24166433.
  162. ^ Hamilton AJ, Baulcombe DC (октябрь 1999 г.). «Вид малых антисмысловых РНК в посттранскрипционном подавлении генов у растений». Science . 286 (5441): 950–2. doi :10.1126/science.286.5441.950. PMID  10542148.
  163. ^ ab Mette MF, Aufsatz W, van der Winden J, Matzke MA, Matzke AJ (октябрь 2000 г.). «Транскрипционное подавление и метилирование промотора, вызванное двухцепочечной РНК». The EMBO Journal . 19 (19): 5194–201. doi :10.1093/emboj/19.19.5194. PMC 302106. PMID  11013221 . 
  164. ^ ab Xie Z, Johansen LK, Gustafson AM, Kasschau KD, Lellis AD, Zilberman D, et al. (Май 2004). "Генетическая и функциональная диверсификация путей малых РНК у растений". PLOS Biology . 2 (5): E104. doi : 10.1371 /journal.pbio.0020104 . PMC 350667. PMID  15024409. 
  165. ^ Zilberman D, Cao X, Jacobsen SE (январь 2003 г.). "ARGONAUTE4 control of locus-specific siRNA accumulation and DNA and histone methylation". Science . 299 (5607): 716–9. Bibcode :2003Sci...299..716Z. doi :10.1126/science.1079695. PMID  12522258. S2CID  8498615.
  166. ^ Dalmay T, Hamilton A, Rudd S, Angell S, Baulcombe DC (май 2000 г.). «Ген РНК-зависимой РНК-полимеразы в Arabidopsis необходим для посттранскрипционного подавления генов, опосредованного трансгеном, но не вирусом». Cell . 101 (5): 543–53. doi : 10.1016/s0092-8674(00)80864-8 . PMID  10850496. S2CID  2103803.
  167. ^ Herr AJ, Jensen MB, Dalmay T, Baulcombe DC (апрель 2005 г.). «РНК-полимераза IV направляет подавление эндогенной ДНК». Science . 308 (5718): 118–20. Bibcode :2005Sci...308..118H. doi : 10.1126/science.1106910 . PMID  15692015. S2CID  206507767.
  168. ^ Онодера Ю, Хааг-младший, Реам Т, Коста Нуньес П, Понтес О, Пикаард CS (март 2005 г.). «Растительная ядерная РНК-полимераза IV опосредует образование гетерохроматина, зависимое от метилирования миРНК и ДНК». Клетка . 120 (5): 613–22. дои : 10.1016/j.cell.2005.02.007 . PMID  15766525. S2CID  1695604.
  169. ^ Kanno T, Huettel B, Mette MF, Aufsatz W, Jaligot E, Daxinger L, et al. (Июль 2005 г.). «Атипичные субъединицы РНК-полимеразы, необходимые для РНК-направленного метилирования ДНК». Nature Genetics . 37 (7): 761–5. doi :10.1038/ng1580. PMID  15924141. S2CID  20032369.
  170. ^ Pontier D, Yahubyan G, Vega D, Bulski A, Saez-Vasquez J, Hakimi MA и др. (сентябрь 2005 г.). «Усиление подавления транспозонов и высокоповторяющихся последовательностей требует согласованного действия двух различных РНК-полимераз IV в Arabidopsis». Genes & Development . 19 (17): 2030–40. doi :10.1101/gad.348405. PMC 1199573 . PMID  16140984. 
  171. ^ abc Bond DM, Baulcombe DC (январь 2015 г.). «Эпигенетические переходы, приводящие к наследуемому, опосредованному РНК сайленсингу de novo у Arabidopsis thaliana». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 112 (3): 917–22. Bibcode : 2015PNAS..112..917B. doi : 10.1073/pnas.1413053112 . PMC 4311854. PMID  25561534 . 
  172. ^ Канадзава А., Инаба Дзи, Шимура Х., Отагаки С., Цукахара С., Мацудзава А. и др. (январь 2011 г.). «Вирус-опосредованная эффективная индукция эпигенетических модификаций эндогенных генов с фенотипическими изменениями у растений». Заводской журнал . 65 (1): 156–168. дои : 10.1111/j.1365-313X.2010.04401.x . hdl : 2115/49399 . ПМИД  21175898.
  173. ^ Dalakouras A, Moser M, Zwiebel M, Krczal G, Hell R, Wassenegger M (декабрь 2009 г.). «Конструкция шпильковой РНК, находящаяся в интроне, эффективно запускала РНК-направленное метилирование ДНК в табаке». The Plant Journal . 60 (5): 840–51. doi : 10.1111/j.1365-313X.2009.04003.x . PMID  19702668.
  174. ^ Pignatta D, Novitzky K, Satyaki PR, Gehring M (ноябрь 2018 г.). «Вариабельно импринтированный эпиаллель влияет на развитие семян». PLOS Genetics . 14 (11): e1007469. doi : 10.1371/journal.pgen.1007469 . PMC 6237401. PMID  30395602 . 
  175. ^ Папикян А., Лю В., Гальего-Бартоломе Дж., Якобсен С.Е. (февраль 2019 г.). «Сайт-специфическая манипуляция локусами Arabidopsis с использованием систем CRISPR-Cas9 SunTag». Nature Communications . 10 (1): 729. Bibcode :2019NatCo..10..729P. doi :10.1038/s41467-019-08736-7. PMC 6374409 . PMID  30760722. 
  176. ^ Dalakouras A, Wassenegger M, Dadami E, Ganopoulos I, Pappas ML, Papadopoulou K (январь 2020 г.). «Генетически модифицированная РНК-интерференция без организмов: экзогенное применение молекул РНК в растениях». Физиология растений . 182 (1): 38–50. doi :10.1104/pp.19.00570. PMC 6945881. PMID  31285292 . 
  177. ^ Regalado A (11 августа 2015 г.). «Следующие великие дебаты о ГМО». MIT Technology Review .
  178. ^ Gohlke J, Mosher RA (сентябрь 2015 г.). «Использование подавления мобильной РНК для улучшения урожая». American Journal of Botany . 102 (9): 1399–400. doi : 10.3732/ajb.1500173 . PMID  26391704.