Funkcionalna karakterizacija EML (EMSY-like) proteina kao čitača histonskih modifikacija sa ulogom u regulaciji razvića semena kod Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.
Functional characterization of EML (EMSY-like) as histone readers proteins involved in the regulation of Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. seed development
Apstrakt:
Razviće semena kod skrivenosemenica nastaje kao rezultat procesa dvojnog oplođenja, u kome se jedna spermatična ćelija spaja sa jajnom ćelijom, dok se druga spermatična ćelija spaja sa centralnom ćelijom. Koordinisanо razvićе semenjače, endosperma i embriona nakon oplođenja zavisi od ravnotežnog odnosa roditeljskih genoma, što je preduslov za odvijanje normalnog razvića semena. Narušavanje ravnoteže u genomskom doprinosu roditelja često dovodi do brojnih poremećaja u razviću semena i embriona, a u drastičnim slučajevima može dovesti i do potpunog prekida razvića semena. Ova pojava predstavlja jednu od glavnih prepreka za upotrebu genetičkog inženjerstva u cilju stvaranja apomiktičnih semena, kao i za prevazilaženje međuvrsnih seksualnih reproduktivnih barijera. Jedan od glavnih mehanizama koji narušava ravnotežu odnosa roditeljskih genoma u semenu model biljke Arabidopsis thaliana jeste represija sinteze auksina uz pomoć Polikomb represivnog kompleksa 2 (PRC2). Međutim, ni smanjenje nivoa ekspresiju gena PRC2 kompleksa ni povišavanje nivoa auksina nisu dovoljni da dovedu do apomiksije. Evolutivno konzervisana uloga PRC2 tokom razvića zasniva se na ulozi ovog kompleksa da postranslaciono modifikuje histon H3, a proteini koji prepoznaju posttranslacione modifikacije (PTM) histona, odnosno čitači histonskog koda, često su uključeni u regulaciju razvića u sprezi sa PRC2. Stoga čitači histonskog koda predstavljaju pogodne kandidate za dodatni uticaj na funkciju PRC2 kompleksa. Dosadašnji podaci pokazuju da su čitači histonskih modifikacija biljaka uključeni u veliki broj različitih bioloških i razvojnih procesa u ćeliji, ali da je broj opisanih čitača relativno mali. Predmet istraživanja ove doktorske disertacije jeste regulacija razvića semena kod biljke А. thaliana, sa posebnim osvrtom na ulogu EML proteina u čitanju određenih modifikacija histona, kao i na ulogu ovih proteina u kontroli endogenog nivoa auksina i njegove kompartmentizacije tokom razvića semena. Rezultatima ove studije pokazano je da su čitači H3K36me3 histonske modifikacije EML1 i EML3, proteini koji pripadaju EMSY-Like Tudor/Agenet proteinskoj porodici, neophodni za održavanje normalnog odnosa roditeljskih genoma kod A. thaliana. Opsežnim analizama mutantnih fenotipova demonstrirano je da su EML1 i EML3 proteini neophodni za sprečavanje razvića semena u slučaju izostanka oplođenja, kao i za regulaciju ravnoteže roditeljskih genoma nakon oplođenja. Pretpostavljeno je da EML1 i EML3 imaju ulogu u represiji ekspresije očinskog (paternalnog) alela regulisanjem transporta aksina i transdukcije signala. Konačno, na osnovu dobijenih rezultata predložen je mehanizam stvaranja apomiktičnih semena kod A. thaliana, zasnovan na finom podešavanju transporta auksina tokom razvića semena pomoću histonskih čitača EML1 i EML3. Mogućnost manipulacije nivoa ekspresije ovih proteina se može iskoristiti u praksi za propagiranje hibridnih semena, čime se mogu značajno smanjiti vreme i troškovi gajenja biljaka.
Ključne reči:
Čitači histonskih modifikacija; Apomiksija; Razviće semena; Auksin; Arabidopsis thaliana; EML; PTMs; Agenet; Tudor; H3K36me3; Seed developmentIzvor:
Faculty of Biology, University of Belgrade, 2019, 1-135Finansiranje / projekti:
- Fiziološka, hemijska i molekularna analiza diverziteta odabranih retkih i ugroženih biljnih vrsta u cilju ex situ zaštite i produkcije biološki aktivnih jedinjenja (RS-MESTD-Basic Research (BR or ON)-173024)
- Ohio State University, Ohajo, SAD (NSF MCB-1513807; OPBC2011-003)