Кукуруза служит важным модельным видом для углубления понимания биологии растений, однако многие загадки, касающиеся сложных процессов, управляющих работой и организацией ДНК в геноме, остаются неразгаданными. Группа исследователей совершила прорыв в понимании того, как происходит репликация ДНК в кукурузе, обнаружив существование двух различных субкомпартментов в ядре, содержащих генетический материал. Это открытие не только расширяет фундаментальные знания в области геномики растений, но и может иметь широкие последствия для регуляции генов и улучшения сельскохозяйственных культур.
Над исследованиями основы репликации ДНК кукурузы и структуры хроматина работает команда из Университета штата Флорида совместно с коллегами из Университета штата Северная Каролина, США.
«Мы начинаем раскрывать организацию хроматина в растениях. Мы подозревали, что эти субкомпартменты могут существовать, но это было первое реальное доказательство их существования», — сказал Хэнк Басс, старший автор исследования, опубликованного в журнале Plant Cell.
«Участие в этом проекте и внесение вклада в исследование организации генома в контексте репликации стало одним из самых захватывающих и полезных событий в моей научной карьере», — сказала Хафиза Сара Акрам, ведущий автор статьи и бывшая аспирантка Басса.
Репликация ДНК — это важнейший процесс, обеспечивающий получение каждой клеткой точной копии генетического материала во время деления клетки. Геном, организованный внутри ядра, состоит из ДНК, обернутой вокруг белков, образующих хроматин. Хроматин существует в двух основных формах: эухроматин, который, как правило, более доступен и транскрипционно активен, и гетерохроматин, который более конденсирован и обычно менее активен. Время репликации ДНК варьируется в этих областях, при этом эухроматин обычно реплицируется раньше, чем гетерохроматин.
Понимание того, как структура хроматина влияет на порядок и регуляцию репликации ДНК, имеет решающее значение для разгадки механизмов контроля генов и поддержания клетками своей идентичности.
Для исследования репликации ДНК в кукурузе исследователи объединили передовые геномные методы с современной 3D-микроскопией. Высокопроизводительное секвенирование позволило команде картировать события репликации по всему геному, а трехмерная визуализация позволила увидеть физическую организацию хроматина внутри ядра. Этот комплексный подход обеспечил беспрецедентное разрешение в установлении связи между особенностями последовательности ДНК, ядерной архитектурой и поведением при репликации.
Основные выводы: два различных субкомпартмента эухроматина
Исследование показало, что эухроматин кукурузы не является однородным компартментом, как считалось ранее. Вместо этого он разделен на два субкомпартмента, каждый из которых демонстрирует различное время репликации и пространственную организацию. Один субкомпартмент реплицируется на ранних стадиях и связан с высокоактивными генами, в то время как другой реплицируется позже и демонстрирует уникальные структурные особенности. Эта организационная сложность предполагает наличие нового уровня регуляции в геномах растений.
Идентификация субкомпартментов эухроматина со специализированным временем репликации дает важные подсказки о том, как контролируется экспрессия генов.
«Наши результаты показывают, что пространственная и временная регуляция репликации ДНК тесно связана с активностью генов. Это может означать, что манипулирование временем репликации в будущем может открыть новые способы улучшения характеристик или устойчивости сельскохозяйственных культур», — сказал Басс.
Источник: Florida State University. Автор: Кэтлин Хогни.
На фото: схема Repli-seq и модель обратной транскрипции хроматинового волокна с мини-доменами. Источник: The Plant Cell (2026). DOI: 10.1093/plcell/koag042