Парамутация - Paramutation

Впервые парамутация была обнаружена по ее влиянию на цвет зерен кукурузы у растений кукурузы.
Генетическая кросс-диаграмма, показывающая парамутацию b1 у кукурузы. Дифференциальная эпигенетическая регуляция генетически идентичных аллелей гена b1 вызывает пурпурную пигментацию в ткани оболочки. Как только аллели B ’и B-I объединяются в F1, все потомство будет иметь вид B '(слегка пигментированный), даже если растение генотипически гомозиготно B-I. Преобразованные аллели B-I (обозначенные B ’*) приобретают способность парамутировать наивные аллели B-I. Темно-пигментированное потомство никогда не появляется в последующих поколениях, что подчеркивает постоянство этого примера трансгенерационное эпигенетическое наследование.

В эпигенетика, а парамутация это взаимодействие между двумя аллели на одном локус, при этом один аллель вызывает наследственное изменение другого аллеля.[1] Изменение может быть в модели Метилирование ДНК или модификации гистонов.[2] Аллель, вызывающий изменение, называется парамутагенным, а аллель, который был изменен эпигенетически, называется парамутационным.[1] Парамутирующий аллель мог изменить уровни экспрессия гена, который может продолжаться у потомства, унаследовавшего этот аллель, даже если парамутагенный аллель может больше не присутствовать.[1] При правильном разведении парамутация может привести к появлению братьев и сестер с одинаковой генетической последовательностью, но с совершенно разными фенотипы.[3]

Хотя учился в основном в кукуруза, парамутация была описана в ряде других систем, включая системы животных, такие как Drosophila melanogaster и мышей.[1][4] Несмотря на широкое распространение, примеры этого явления немногочисленны, а его механизм до конца не изучен.

История

Первое описание того, что впоследствии будет называться парамутацией, было дано Уильям Бейтсон и Кэролайн Пелью в 1915 году, когда они описали "жулика" горох которые всегда передавали свой «мошеннический» фенотип потомству.[5] Однако первое формальное описание парамутации было дано Р.А. Brink на Университет Висконсина-Мэдисона в 1950-х годах, который работал в кукуруза (Zea Mays).[5] Бринк заметил, что специфические слабо выраженные аллели красный1 (r1) локус кукурузы, который кодирует фактор транскрипции который придает красный пигмент кукурузные зерна, может по наследству изменить конкретные сильно выраженные аллели на более слабые выражение штат.[1] Более слабое состояние экспрессии, принятое измененным аллелем, является наследственным и может, в свою очередь, изменять состояние экспрессии других активных аллелей в процессе, называемом вторичной парамутацией.[1] Бринк показал, что влияние парамутагенного аллеля может сохраняться на протяжении многих поколений.[1]

Описание

Аллели, вызывающие наследственный изменения аллелей, с которыми они вступают в контакт, называются парамутагенными, а измененные ими аллели парамутируемы. Аллели, не участвующие в этом взаимодействии, называются нейтральными. При совместном присутствии в организме парамутагенный аллель превращается в парамутагенный аллель и сохраняет свои парамутагенные свойства в последующих поколениях. Эту трансформацию не сопровождает никаких изменений в последовательности ДНК, но вместо этого эпигенетические модификации (например, метилирование ДНК) дифференцируют парамутагенные аллели от парамутационных. В большинстве случаев это парамутабельный аллель, который хорошо транскрибируется, а парамутагенный аллель практически не транскрибируется.

Первый описанный и наиболее широко изученный пример - это r1 локус кукурузы. В ген в этом локусе, когда активно транскрибируется, коды для фактор транскрипции что продвигает антоциан продукция, в результате чего ядра приобретают фиолетовый цвет. Один аллель в этом локусе, обозначаемом как B ’, способно вызывать метилирование по другому аллелю, B-I. Это метилирование приводит к снижению транскрипции и, как следствие, уменьшению антоциан производство. Эти аллели не различаются по последовательности ДНК, но различаются по степени их расположения. Метилирование ДНК. Как и в случае других примеров парамутации, это изменение аллеля B-I на аллель B ’является стабильным и наследуемым. Другие, похожие примеры парамутации существуют в других кукуруза loci, а также у других растений, таких как модельная система Arabidopsis thaliana и трансгенный петунии.[6][7][8]

Парамутация также была зарегистрирована у таких животных, как плодовые мошки, C. elegans, и мышей.[1][4][9]

Механизм

Хотя конкретные механизмы, с помощью которых действует парамутация, варьируются от организма к организму, все хорошо задокументированные случаи указывают на эпигенетическую модификацию и подавление РНК как на основной механизм парамутации.[1]

В случае r1 локус кукурузы, Метилирование ДНК региона тандем повторяет рядом с кодирующей областью гена является характеристикой парамутагенного аллеля B ’, и когда парамутагенный аллель B-I становится парамутагенным, он также принимает тот же образец метилирования ДНК.[10] Для того чтобы это метилирование было успешно перенесено, ряд генов, кодирующих РНК-зависимые РНК-полимеразы и другие компоненты РНК-молчание необходимы пути, предполагающие, что парамутация опосредуется эндогенными путями молчания РНК.[1] Транскрипция короткие интерферирующие РНК из областей тандемных повторов подтверждает это. В системах животных, таких как Дрозофила, пиРНК также участвовали в опосредовании парамутации.[4] Помимо характеристики Метилирование ДНК изменения состояния, изменения в гистоновая модификация паттерны в метилированных областях ДНК и / или потребность в белках, модифицирующих гистоны, чтобы обеспечивать парамутацию, также были отмечены во многих системах.[2][9] Было высказано предположение, что эти модификации гистонов играют роль в поддержании парамутированного состояния.[2] Ранее упомянутые тандемный повтор регион в r1 локус также типичен для других локусов, демонстрирующих парамутации или парамутационные явления.[5]

Однако было отмечено, что невозможно объяснить все случаи и особенности парамутации с помощью того, что известно о РНКи-опосредованном подавлении транскрипции, предполагая, что другие пути и / или механизмы также играют роль.[7]

Последствия

Было высказано предположение, что в любой конкретной популяции относительно небольшое количество генов будет демонстрировать наблюдаемую парамутацию с тех пор, как пенетрантность парамутагенных аллелей (например, B ’на r1 локус кукурузы) будет приводить парамутагенный или парамутационный аллель к фиксация.[3] Однако парамутация в других локусах с парамутагенными аллелями с более низкой пенетрантностью может сохраняться, что, возможно, необходимо принять во внимание. селекционеры.[3]

Поскольку существуют примеры парамутации или подобных парамутаций феноменов у животных, таких как дрозофилы и мыши, было высказано предположение, что парамутация может объяснить появление некоторых человеческих болезни эта выставка неменделирующие паттерны наследования.[11]

использованная литература

  1. ^ а б c d е ж г час я j Чендлер, Вики Л. (23 февраля 2007 г.). «Парамутация: от кукурузы к мышам». Ячейка. 128 (4): 641–645. Дои:10.1016 / j.cell.2007.02.007. ISSN  0092-8674. PMID  17320501.
  2. ^ а б c Харинг, Макс; Бадер, Речень; Жалюзи, Мариеке; Швабе, Энн; ван Дриэль, Роэль; Стам, Майке (01.08.2010). «Роль метилирования ДНК, занятости нуклеосом и модификаций гистонов в парамутации». Журнал растений. 63 (3): 366–378. Дои:10.1111 / j.1365-313X.2010.04245.x. ISSN  1365-313X. PMID  20444233.
  3. ^ а б c Спрингер, Натан М .; Макгиннис, Карен М. (01.08.2015). «Парамутация в эволюции, популяционной генетике и селекции». Семинары по клеточной биологии и биологии развития. Факторы парамутации и транскрипции Pax. 44: 33–38. Дои:10.1016 / j.semcdb.2015.08.010. PMID  26325077.
  4. ^ а б c де Ванссе, Огюстен; Буж, Анн-Лор; Буавен, Антуан; Германт, Екатерина; Тейссет, Лора; Дельмарр, Валери; Антоневский, Кристоф; Ронсере, Стефан (2012). «Парамутация у дрозофилы связана с появлением локуса, продуцирующего пиРНК». Природа. 490 (7418): 112–115. Bibcode:2012Натура.490..112D. Дои:10.1038 / природа11416. PMID  22922650.
  5. ^ а б c Стам, Майке; Шайд, Ортрун Миттельстен (01.06.2005). «Парамутация: встреча, оставляющая неизгладимое впечатление». Тенденции в растениеводстве. 10 (6): 283–290. Дои:10.1016 / j.tplants.2005.04.009. ISSN  1360-1385. PMID  15949762.
  6. ^ Чжэн, Чжимин; Ю, Хаси; Мики, Дайсуке; Джин, Дэн; Чжан, Цинчжу; Рен, Чжунхай; Гонг, Чжичжун; Чжан, Хэн; Чжу, Цзянь-Кан (2015-05-26). «Вовлечение множественных путей молчания генов в парамутационном феномене у Arabidopsis». Отчеты по ячейкам. 11 (8): 1160–1167. Дои:10.1016 / j.celrep.2015.04.034. ISSN  2211-1247. ЧВК  4484736. PMID  25981044.
  7. ^ а б Артеага-Васкес, Марио Альберто; Чендлер, Вики Линн (2010). «Парамутация в кукурузе: РНК-опосредованное подавление генов между поколениями». Текущее мнение в области генетики и развития. 20 (2): 156–163. Дои:10.1016 / j.gde.2010.01.008. ЧВК  2859986. PMID  20153628.
  8. ^ Мейер, Питер; Хайдманн, Ирис; Ниденхоф, Ингрид (1993-07-01). «Различия в метилировании ДНК связаны с феноменом парамутации трансгенной петунии». Журнал растений. 4 (1): 89–100. Дои:10.1046 / j.1365-313X.1993.04010089.x. ISSN  1365-313X. PMID  8220478.
  9. ^ а б Сапечниг, Александра; Саркис, Питер; Lehrbach, Nicolas J .; Миска, Эрик А. (26 марта 2015 г.). «Третичные миРНК опосредуют парамутацию у C. elegans». PLOS Genet. 11 (3): e1005078. Дои:10.1371 / journal.pgen.1005078. ISSN  1553-7404. ЧВК  4374809. PMID  25811365.
  10. ^ Belele, Christiane L .; Сидоренко Людмила; Стам, Майке; Бадер, Речень; Артеага-Васкес, Марио А .; Чендлер, Вики Л. (2013-10-17). «Конкретных тандемных повторов достаточно для индуцированного парамутациями молчания между поколениями». PLOS Genetics. 9 (10): e1003773. Дои:10.1371 / journal.pgen.1003773. ISSN  1553-7404. ЧВК  3798267. PMID  24146624.
  11. ^ Расулзадеган, Миноо; Кузен, Франсуа (01.08.2015). «От парамутации к болезни человека: РНК-опосредованная наследственность». Семинары по клеточной биологии и биологии развития. Факторы парамутации и транскрипции Pax. 44: 47–50. Дои:10.1016 / j.semcdb.2015.08.007. PMID  26335266.