I växter, som alla sexuellt reproducerande organismer, kräver utvecklingen av ett embryo sammansmältning av två gameter. Dessa två könsceller, äggcellen från modern och spermierna från fadern, bär varsin kopia av arvsmassan, som tillsammans bildar avkommans genetiska sammansättning. Men medan äggcellen i huvudsak är som alla andra somatiska celler i växten, är spermierna mycket specialiserade. Den har förlorat det mesta av sitt cellulära maskineri och dess DNA har genomgått omfattande modifieringar.

En av de viktigaste förändringarna som sker i det faderliga genomet är omprogrammeringen av epigenomet. Epigenomet är ett kemiskt lager som sitter ovanpå DNA-sekvensen, som styr hur informationen på DNA:t läses. Även om dessa märken troget överförs genom mitos när celler delar sig, måste de delvis raderas i könscellerna för att möjliggöra skapandet av en ny och unik organism.

I spermieceller är denna omprogrammeringshändelse särskilt omfattande och specifik. Medan de flesta märken raderas, behålls vissa märken i specifika regioner av genomet. Detta säkerställer att den information som behövs för frönsgroning och plantetablering bevaras, samtidigt som alla andra märken som anger växtegenskaper kan blandas om.

Hur denna anmärkningsvärda bedrift uppnås har varit föremål för intensiv forskning de senaste åren. En ny studie, publicerad i tidskriften Nature Plants, kastar nytt ljus över denna mekanism genom att avslöja hur ett protein som kallas DEMETER specifikt riktar sig mot och tar bort märken som måste raderas.

Forskarna använde en kombination av genetiska, molekylära och biokemiska tillvägagångssätt för att visa att DEMETER är specifikt rekryterad till de regioner i genomet som behöver omprogrammeras i spermieceller. Väl där fungerar den som ett molekylärt radergummi och tar bort märkena som satts på plats under växtens liv. Detta säkerställer att spermiecellerna bär den korrekta epigenetiska informationen för nästa generation.

Detta arbete ger en avgörande inblick i hur växter ser till att deras avkomma får rätt epigenetisk start i livet. Det öppnar också nya vägar för att undersöka hur epigenomet regleras i andra organismer, och hur det bidrar till växternas mångfald och anpassning.

Nyckelresultat

* DEMETER är en nyckelregulator för epigenetisk omprogrammering i spermieceller

* DEMETER riktar sig specifikt mot och tar bort de epigenetiska märken som måste raderas

* Detta säkerställer att spermierna bär den korrekta epigenetiska informationen för nästa generation