DNA-reparatiemechanisme onderdrukt genoverdracht van plastiden naar de kern in planten

Een nieuwe studie in Nature Plants onthult een mechanisme in planten dat DNA-overdracht van plastiden naar de kern onderdrukt. Het onderzoek, geleid door Gonzalez-Duran, Kroop, Schadach en collega's, toont aan dat DNA dubbelstrengs breuk (DSB) reparatiemechanismen een sleutelrol spelen bij het voorkomen van deze overdracht. Plastiden, afkomstig van cyanobacteriën, hebben tijdens de evolutie veel genen naar de kern overgedragen. De studie toont aan dat planten DSB-reparatieroutes gebruiken om overmatige plastide-DNA-integratie te voorkomen, waardoor de integriteit van het nucleaire genoom behouden blijft. De onderzoekers toonden aan dat canonieke DSB-reparatiecomponenten de integratie van vreemd DNA minimaliseren wanneer DNA-schade optreedt in de buurt van potentiële plastide-DNA-insertieplaatsen. Planten met aangetaste DSB-reparatieroutes vertoonden een verhoogde plastide-DNA-integratie, genomische instabiliteit en afwijkende genexpressiepatronen. Geavanceerde genomische sequencingtechnieken toonden aan dat frequente plastide-DNA-fragmenten de kern infiltreerden. Stabiele integratie-evenementen in nucleaire chromosomen worden echter onderdrukt door het DSB-reparatiesysteem. De studie toonde aan dat herkenningssignalen en eiwitcomplexen selectief samenkomen op DSB-locaties, zonder plastide-afgeleide DNA-fragmenten als reparatiesubstraten te accommoderen. Deze selectiviteit kan betrekking hebben op sequentie-contextherkenning en chromatine-architectuur. De bevindingen suggereren dat DNA-reparatieroutes fungeren als poortwachters die de acceptatie van exogene organelsequenties controleren. Het ontwikkelen van planten met gemoduleerde DSB-reparatiecapaciteiten zou de plastide-DNA-introgressiesnelheden kunnen beïnvloeden, wat een hulpmiddel biedt voor genoomeditie en synthetische biologie. Dit onderzoek benadrukt het belang van DNA-reparatiemechanismen bij het handhaven van genomische integriteit en het reguleren van genoom evolutie in eukaryote cellen. Het zet ook aan tot een herevaluatie van schattingen van horizontale genoverdracht in plantengenomen.