I mer än ett sekel har växtgenetiker har studerat majs som ett modellsystem för att förstå reglerna för arv av egenskaper, och ett team av forskare avslöjade nyligen en tidigare okänd mekanism som utlöser genavstängning i majs. Genavstängning stänger av genetiska egenskaper, en viktig faktor för växtförädlare som är beroende av det trogna arvet från egenskaper från en generation till nästa.

Historiskt sett majs pl -genen har använts som modell av majsgenetiker. Tidigare forskare visste inte att två typer av överlappande DNA -metyleringsmärken kan modifiera, tysta eller aktivera denna gen. Upptäckten ökar genetikernas kunskap om olika mekanismer för icke-mendelsk arv, enligt huvudforskaren Surinder Chopra, professor i majsgenetik, College of Agricultural Sciences, Penn State.

I fynd rapporterade i PLOS One , Chopras team visade att tystnad av majsperikarpens färg 1-gen-regulator av kärnornas yttre skiktfärg och kolvfärgen-kan ha två "överlappande" epigenetiska komponenter-RNA-beroende DNA-metylering (RdDM) och icke-RNA-beroende DNA-metylering ( icke-RdDM).

"DNA -metylering, vilket är tillsatsen av metylgrupper till DNA -molekylen, kan ändra aktiviteten hos ett DNA -segment utan att ändra sekvensen, "sa han." DNA -metylering verkar vanligtvis för att undertrycka gentranskription, vilket är det första steget i genuttryck. "

I växtceller, när och på vilken nivå en gen uttrycks är under tät kontroll mellan transkriptionsaktivering och undertryckning, Chopra förklarade. Små RNA -molekyler som är viktiga för reglering och uttryck av gener - kan förmedla metylering av DNA -strängar och stänga av transkriptionsaktivitet, spelar därför en roll för att tysta nedärvda gener eller transgener som introducerats för att producera önskvärda gröddrag.

I majs, pericarp color 1-genen reglerar ackumuleringen av tegelröda flavonoidpigment som kallas phlobahpenes. Pigmenteringsmönstret på majskärnan pericarp och "glumes" - membran som täcker kolven - beror på uttrycket av pericarp color 1 -genen. Några exempel på dessa mönster är:vita kärnor, röd kolv; röda kärnor, röd kolv; brokiga kärnor, brokig kolv; röda kärnor, vit kolv; och vita kärnor, vit kolv.

"Vår studie om majs pericarp color 1-gen har visat engagemang av både små RNA-beroende och små RNA-oberoende mekanismer för genundertryckning, "Chopra sa." Denna studie avslöjar det ytterligare lagret av genreglering med små RNA, och förbättrar vår förståelse för hur genuttryck regleras specifikt i en vävnad men inte i den andra. "

Vanligtvis, när växtförädlare skapar nya typer av sorter, flera egenskaper de föder upp för kan försvinna eller deras uttryck försämras i avkomman, han sa. "Och det, vi vet nu, är på grund av gen tystning. "

En bättre förståelse för hur gen-tystande mekanismer orsakar försvinnandet av önskade egenskaper har länge behövts, Chopra tror. Det kan vara katastrofalt för en bonde att köpa frön som inte beter sig i växten som de lovades av producenten.

Om en eller flera gener som styr en egenskap blir tysta på grund av överlappande DNA -metylering, då försvinner den egenskapen i princip från befolkningen.

"Det är ett stort bakslag för alla som försöker föda för egenskaper som hög avkastning, som regleras av flera gener, "sa Chopra." Om en eller två av de gener som är väsentliga för hög avkastning blir tysta, då kan en minskning av det totala utbytet uppstå. "