Mechanizm naprawy DNA hamuje transfer genów z plastydów do jądra u roślin

Nowe badanie opublikowane w Nature Plants ujawnia mechanizm u roślin, który hamuje transfer DNA z plastydów do jądra. Badanie, prowadzone przez Gonzaleza-Durana, Kroopa, Schadacha i współpracowników, pokazuje, że mechanizm naprawy dwuniciowych pęknięć DNA (DSB) odgrywa kluczową rolę w zapobieganiu temu transferowi. Plastydy, pochodzące od cyjanobakterii, przeniosły wiele genów do jądra podczas ewolucji. Badanie wykazało, że rośliny wykorzystują szlaki naprawy DSB, aby zapobiec nadmiernej integracji DNA plastydów, utrzymując w ten sposób integralność genomu jądrowego. Naukowcy wykazali, że kanoniczne komponenty naprawy DSB minimalizują integrację obcego DNA, gdy uszkodzenie DNA występuje w pobliżu potencjalnych miejsc insercji DNA plastydów. Rośliny z upośledzonymi szlakami naprawy DSB wykazywały zwiększoną integrację DNA plastydów, niestabilność genomową i nieprawidłowe wzorce ekspresji genów. Zaawansowane techniki sekwencjonowania genomowego wykazały częste infiltrowanie fragmentów DNA plastydów do jądra. Jednak stabilne zdarzenia integracji do chromosomów jądrowych są tłumione przez system naprawy DSB. Badanie wykazało, że sygnały rozpoznawcze i kompleksy białkowe gromadzą się selektywnie w miejscach DSB, nie uwzględniając fragmentów DNA pochodzących z plastydów jako substratów naprawczych. Ta selektywność może obejmować rozpoznawanie kontekstu sekwencji i architekturę chromatyny. Wyniki sugerują, że szlaki naprawy DNA działają jako strażnicy kontrolujący akceptację egzogennych sekwencji organellowych. Inżynieria roślin o modulowanych zdolnościach naprawy DSB może wpływać na wskaźniki introgresji DNA plastydów, oferując narzędzie do edycji genomu i biologii syntetycznej. Badanie to podkreśla znaczenie mechanizmów naprawy DNA w utrzymaniu integralności genomowej i regulacji ewolucji genomu w komórkach eukariotycznych. Skłania również do ponownej oceny szacunków transferu horyzontalnego genów w genomach roślin.