1.3. Растения лучше выносят некоторые методологические манипуляции, которые очень трудно применимы к млекопитающим

У животных генетические манипуляции ограничены из-за процедур, требующих генерацию мутаций и спаривание для получения гомозиготных генотипов, которые обязательны для проявления рецессивных признаков. Напротив, у растений возможен эффективный мутагенез путем химических или физических обработок или в основном с помощью хаотичных вставок помеченных трансгенов или транспозируемых элементов. Вследствие самоопыления

в последующем поколении легко появляются потомки с гомозиготными мутациями растения и расщеплением признаков по закону Менделя. Поиск мутаций в эпигенетических регуляторах основан на восстановлении экспрессии у эпигенетически инактивированных маркерных генов или снижении активности стабильно активных репортерных генов. В дополнение к такой прямой объективной методологии, быстро растущие коллекции инсерционных мутантов с определенными сайтами интеграции позволяют осуществлять обратный генетический анализ мутационных эффектов в избранных определенных генах-ортологах эпигенетических регуляторов у других модельных организмов (табл. 9.2).

^{Рис. 9.2. Изучение эпигенетического контроля у растений}

^{Гены, кодирующие окраску тканей у растений, позволяют довольно просто и недорого анализировать экспрессию генов in vivo (а) Экспрессия гена дигидрофлавонолредуктазы (DFR) отвечает за темнопурпурную окраску цветков петунии, а при замалчивании промотора этого гена цветки становятся пестрыми, светлоокрашенными (любезно предоставлено Kooter) (б) У Arabidopsis с экспрессией гена (CHS) халконсинтетазы семена имеют темную оболочку, а после замалчивания этого гена в результате интеграции гомологичного трансгена они становятся желтыми (любезно предоставлено lan Fumer). (в) Растения кукурузы с В-1 геном имеют пурпурную пигментацию, а растения с парамутагенным инактивированным В’ геном зеленые, (г) Початок кукурузы с сегрегированной вставкой транспозона (Spm) в гене В-Peru, необходимом для образования антоцианового пигмента. Пурпурные зерна представляют собой ревертанты, у которых в гене зародышевой линии вырезан Spm элемент. Сильно пятнистые зерновки содержат активный Spm элемент, который часто индуцирует соматическое вырезание соответствующих секторов при созревании зерновки. Зерна с редкими небольшими пурпурными участками представляют собой зерновки, у которых Spm элемент эпигенетически зарепрессирован (любезно предоставлено Vicky Chandler), (д) Темная окраска соевых бобов (в середине рисунка) уменьшается у культивируемых разновидностей сои (слева) в результате природного посттранскрипционного сайленсинга CHS гена, она может частично восстанавливаться при заражении родительского растения вирусом с PTGS супрессорным белком, обусловливающим пеструю окраску (справа), (е) Эпигенетическая регуляция может отражаться и в морфологии растений: сниженное функционирование субъединицы фактора сборки хроматина приводит к образованию «сросшегося» стебля у Arabidopsis, (ж) реактивация (снятие сайленсинга) трансгенного маркера устойчивости у Arabidopsis может быть выявлена по росту растения на селективной среде (с, перепечатано с разрешения Chandler et al., 2000 [Springer Science and Business Media]; д перепечатано с разрешения Senda etal., 2004 [©American Society of Plant Biologists].)}

^{Таблица 9.2. Компоненты эпигенетической регуляции у модельного растения Arabidopsis thaliana, выявленные при прямом и обратном скрининге}

Число членов в семействе гомологичных генов может быть весьма различным у животных и растений. Вследствие функциональной избыточности некоторые мутации могут быть не столь серьезны как у животных, так и у растений. Это важно, если потеря функции сопровождается утратой индивидуума до анализа в раннем развитии. Экспрессию относительно мало значимых генов, например, отвечающих за окраску растительных тканей, можно просто и недорого выявлять in vivo (рис. 9.2а—д). К тому же тысячи растений могут быть проанализированы в селекционных опытах путем выявления экспрессии эндогенных или трансгенных черт (рис. 9.2ж).

Знание нуклеотидной последовательности генома A. thaliana, наряду с анализом некоторых больших коллекций инсерционных мутантов, и простой мутагенез сделали это растение прекрасной моделью для изучения эпигенеза у растений. Последующие рассуждения касаются эпигенетических модификаторов, функции которых стали известны в результате анализа мутантов, дефектных по трансгенному сайленсингу (замалчиванию генов) и благодаря биоинформационной идентификации гомологии с генами, необходимыми для сайленсинга у других организмов, и обнаружению сходных фенотипов развития у других дефектных по сайленсингу мутантов Arabidopsis в результате прямого и обратного скрининга (табл. 2). Для ознакомления с полным перечнем хроматиновых генов Arabidopsis, риса и кукурузы читатель может быть адресован к Plant Chromatin Database (http://www.chromdb.org).