Cơ chế sửa chữa DNA ngăn chặn sự chuyển gen từ lạp thể sang nhân ở thực vật

Một nghiên cứu mới trên tạp chí Nature Plants tiết lộ một cơ chế ở thực vật giúp ngăn chặn sự chuyển DNA từ lạp thể sang nhân. Nghiên cứu do Gonzalez-Duran, Kroop, Schadach và các đồng nghiệp dẫn đầu, cho thấy rằng bộ máy sửa chữa đứt gãy sợi đôi DNA (DSB) đóng một vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn sự chuyển này. Lạp thể, có nguồn gốc từ vi khuẩn lam, đã chuyển nhiều gen vào nhân trong quá trình tiến hóa. Nghiên cứu cho thấy rằng thực vật sử dụng các con đường sửa chữa DSB để ngăn chặn sự tích hợp quá mức DNA lạp thể, duy trì tính toàn vẹn của bộ gen nhân. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng các thành phần sửa chữa DSB tiêu chuẩn giảm thiểu sự tích hợp DNA ngoại lai khi tổn thương DNA xảy ra gần các vị trí chèn DNA lạp thể tiềm năng. Thực vật có các con đường sửa chữa DSB bị tổn hại cho thấy sự gia tăng tích hợp DNA lạp thể, tính không ổn định của bộ gen và các kiểu biểu hiện gen bất thường. Các kỹ thuật giải trình tự bộ gen tiên tiến cho thấy các đoạn DNA lạp thể thường xuyên xâm nhập vào nhân. Tuy nhiên, các sự kiện tích hợp ổn định vào nhiễm sắc thể nhân bị ức chế bởi hệ thống sửa chữa DSB. Nghiên cứu cho thấy rằng các tín hiệu nhận biết và các phức hợp protein tập hợp một cách chọn lọc tại các vị trí DSB, mà không chứa các đoạn DNA có nguồn gốc từ lạp thể làm cơ chất sửa chữa. Tính chọn lọc này có thể liên quan đến sự nhận biết bối cảnh trình tự và cấu trúc nhiễm sắc chất. Những phát hiện này cho thấy rằng các con đường sửa chữa DNA hoạt động như những người gác cổng kiểm soát sự chấp nhận các trình tự bào quan ngoại sinh. Kỹ thuật thực vật với khả năng sửa chữa DSB được điều chỉnh có thể ảnh hưởng đến tốc độ xâm nhập DNA lạp thể, cung cấp một công cụ để chỉnh sửa bộ gen và sinh học tổng hợp. Nghiên cứu này nhấn mạnh tầm quan trọng của các cơ chế sửa chữa DNA trong việc duy trì tính toàn vẹn của bộ gen và điều chỉnh sự tiến hóa của bộ gen trong tế bào nhân thực. Nó cũng thúc đẩy việc đánh giá lại các ước tính về chuyển gen ngang trong bộ gen thực vật.