DNA-Reparaturmechanismus unterdrückt Gentransfer von Plastiden zum Zellkern in Pflanzen

Eine neue Studie in Nature Plants enthüllt einen Mechanismus in Pflanzen, der den DNA-Transfer von Plastiden zum Zellkern unterdrückt. Die Forschung, unter der Leitung von Gonzalez-Duran, Kroop, Schadach und Kollegen, zeigt, dass die DNA-Doppelstrangbruch (DSB)-Reparaturmaschinerie eine Schlüsselrolle bei der Verhinderung dieses Transfers spielt. Plastiden, die von Cyanobakterien stammen, haben im Laufe der Evolution viele Gene in den Zellkern übertragen. Die Studie zeigt, dass Pflanzen DSB-Reparaturwege nutzen, um eine übermäßige Inkorporation von Plastiden-DNA zu verhindern und so die Integrität des Kerngenoms zu erhalten. Die Forscher demonstrierten, dass kanonische DSB-Reparaturkomponenten die Integration fremder DNA minimieren, wenn DNA-Schäden in der Nähe potenzieller Plastiden-DNA-Insertionsstellen auftreten. Pflanzen mit beeinträchtigten DSB-Reparaturwegen zeigten eine erhöhte Plastiden-DNA-Integration, genomische Instabilität und abweichende Genexpressionsmuster. Fortschrittliche genomische Sequenzierungstechniken zeigten häufige Plastiden-DNA-Fragmente, die in den Zellkern eindringen. Stabile Integrationsereignisse in nukleäre Chromosomen werden jedoch durch das DSB-Reparatursystem unterdrückt. Die Studie ergab, dass Erkennungssignale und Proteinkomplexe selektiv an DSB-Stellen zusammengebaut werden, ohne Plastiden-abgeleitete DNA-Fragmente als Reparatursubstrate aufzunehmen. Diese Selektivität kann die Erkennung des Sequenzkontexts und die Chromatinarchitektur beinhalten. Die Ergebnisse legen nahe, dass DNA-Reparaturwege als Torwächter fungieren, die die Akzeptanz exogener Organellsequenzen kontrollieren. Die Entwicklung von Pflanzen mit modulierten DSB-Reparaturfähigkeiten könnte die Introgression von Plastiden-DNA beeinflussen und ein Werkzeug für die Genomeditierung und synthetische Biologie bieten. Diese Forschung unterstreicht die Bedeutung von DNA-Reparaturmechanismen für die Aufrechterhaltung der genomischen Integrität und die Regulierung der Genom-Evolution in eukaryotischen Zellen. Sie fordert auch eine Neubewertung der Schätzungen des horizontalen Gentransfers in Pflanzengenomen.