In Pflanzen ist die Produktion von sehr kräftigen Samen, die in der Lage sind, zu keimen und Setzlinge zu bilden, für ihre Vermehrung lebenswichtig und ein wertvolles Merkmal in Feldfrüchten. Pflanzensamen erhalten ihre Keimfähigkeit während des späten Stadiums der Samenreife. Es ist jedoch nicht bekannt, wie die Keimungs- und postembryonale Entwicklungskompetenz aufgebaut wird.
Epigenetische Reprogrammierung ist ein sehr zeitlicher und räumlicher Prozess, der für die zelluläre Differenzierung und den Entwicklungsübergang in Tieren und Pflanzen unerlässlich ist. Forscher unter der Leitung von Dr. Jiang Danhua vom Institut für Genetik und Entwicklungsbiologie (IGDB) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) fanden heraus, dass der Einbau einer Histonvariante H3.3 in das Chromatin der Schlüssel zur Bildung von Keimung und Post ist -embryonale Entwicklungsfähigkeit in Samen.
In dieser Studie stellten sie fest, dass ein vollständiger Verlust von H3.3 in Arabidopsis thaliana die Samenkeimung und die folgende Keimlingsentwicklung stark beeinträchtigt, obwohl dies offensichtlich keinen Einfluss auf die Samenbildung hat.
Weitere Analysen ergaben, dass H3.3 gegen Ende der Samenreifung stark exprimiert wird und seine Expression in diesem Stadium für die Samenkeimung essentiell und ausreichend ist.
Sie zeigten dann, dass eine zeitliche Ablagerung von H3.3 an den regulatorischen 5′-Genregionen in reifem Samen eine Chromatin-Zugänglichkeit etabliert, die die transkriptionelle Kompetenz für Keimungs- und postembryonale Entwicklungsgene vorwegnimmt.
Obwohl H3.3 während der Keimung allmählich von den 5′-Genenden entfernt wird, wird die durch H3.3 etablierte Gentranskriptionskompetenz interessanterweise durch anhaltenden Chromatinzugang, wahrscheinlich für Transkriptionsfaktoren, aufrechterhalten.
Sie fanden auch heraus, dass H3.3 ständig an den 3′-Genenden geladen ist, was mit der Methylierung der Genkörper-DNA und der Einschränkung der Zugänglichkeit von Chromatin und der kryptischen Transkription in dieser Region korreliert.
Ihre Ergebnisse decken einen epigenetischen Mechanismus auf, der die postembryonalen Entwicklungspotenziale in reifen Samen „aufschließt“. Es wird eine Grundlage für die weitere Untersuchung der Samenkraft liefern, einem weniger gut untersuchten Gebiet, insbesondere auf molekularer Ebene, aber von entscheidender Bedeutung für die Landwirtschaft und die Saatgutindustrie.
Diese Arbeit mit dem Titel „Histone H3.3 deposit in seed is essential for the post-embryonic developmental competence in Arabidopsis“ wurde in veröffentlicht Naturkommunikation am 13. Dezember.
Mehr Informationen:
Ting Zhao et al., Die Ablagerung von Histon H3.3 im Samen ist für die postembryonale Entwicklungskompetenz von Arabidopsis von wesentlicher Bedeutung, Naturkommunikation (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-35509-6