Mekanisme Perbaikan DNA Menekan Transfer Gen dari Plastida ke Nukleus pada Tumbuhan

Sebuah studi baru di Nature Plants mengungkapkan mekanisme pada tumbuhan yang menekan transfer DNA dari plastida ke nukleus. Penelitian yang dipimpin oleh Gonzalez-Duran, Kroop, Schadach, dan kolega, menunjukkan bahwa mesin perbaikan kerusakan untai ganda (DSB) DNA memainkan peran kunci dalam mencegah transfer ini. Plastida, yang berasal dari cyanobacteria, telah mentransfer banyak gen ke nukleus selama evolusi. Studi ini menemukan bahwa tumbuhan menggunakan jalur perbaikan DSB untuk mencegah penggabungan DNA plastida yang berlebihan, sehingga menjaga integritas genom nukleus. Para peneliti menunjukkan bahwa komponen perbaikan DSB kanonik meminimalkan integrasi DNA asing ketika kerusakan DNA terjadi di dekat lokasi penyisipan DNA plastida potensial. Tumbuhan dengan jalur perbaikan DSB yang terganggu menunjukkan peningkatan integrasi DNA plastida, ketidakstabilan genom, dan pola ekspresi gen yang menyimpang. Teknik pengurutan genom tingkat lanjut menunjukkan fragmen DNA plastida yang sering menyusup ke nukleus. Namun, peristiwa integrasi stabil ke dalam kromosom nukleus ditekan oleh sistem perbaikan DSB. Studi ini menemukan bahwa sinyal pengenalan dan kompleks protein berkumpul secara selektif di lokasi DSB, tanpa mengakomodasi fragmen DNA yang berasal dari plastida sebagai substrat perbaikan. Selektivitas ini mungkin melibatkan pengenalan konteks urutan dan arsitektur kromatin. Temuan ini menunjukkan bahwa jalur perbaikan DNA bertindak sebagai penjaga gerbang yang mengendalikan penerimaan urutan organel eksogen. Rekayasa tumbuhan dengan kemampuan perbaikan DSB yang dimodulasi dapat memengaruhi laju introgressi DNA plastida, menawarkan alat untuk pengeditan genom dan biologi sintetis. Penelitian ini menyoroti pentingnya mekanisme perbaikan DNA dalam menjaga integritas genom dan mengatur evolusi genom dalam sel eukariotik. Ini juga mendorong penilaian ulang perkiraan transfer gen horizontal dalam genom tumbuhan.