Dynamics of de novo DNA methylation and its impact on transgene expression and CRISPR/Cas9 mutagenesis

Abstract

Genetická informace musí být chráněna, udržována a kopírována z mateřské buňky do buněk dceřiných, z generace na generaci. Většina rostlinných buněk obsahuje kompletní genetickou informaci a z mnoha těchto buněk může regenerovat celá nová rostlina. Takováto vlastnost vyžaduje precizní kontrolu, které geny budou aktivní a které ne, jelikož během růstu a diferenciace je potřeba aktivity pouze specifických genů v rámci jednotlivých buněk, tkání a orgánů. Jeden z mechanismů kontrolujících aktivitu genů je RNA interference (RNAi), která specificky snižuje nebo blokuje expresi genů na transkripční nebo post-transkripční úrovni. Klíčovou částí RNAi je navádění RNAi aparátu do cílové oblasti. To je zprostředkováno sekvenční komplementaritou mezi cílovou oblastí a malou RNA (sRNA), která je vyštěpena z dvouvláknového RNA (dsRNA) prekurzoru. Molekulární mechanismus tvorby dsRNA a sRNA a také původ cílové oblasti předurčuje následnou umlčující dráhu. Při transkripčním genovém umlčení (TGS) je genová exprese regulována přes epigenetické modifikace chromatinu. Jednou z epigenetických značek je metylace cytosinu, která je ustanovována především dráhou RNA-dependentní DNA-metylace (RdDM). Ačkoli byl proteinový aparát relativně dobře popsán, o dynamice klíčové počáteční fáze tohoto procesu bylo známo jen málo. Proto jsme...

Genetic information must be protected, maintained and copied from cell to daughter cells, from generation to generation. In plants, most of the cells contain complete genetic information, and many of these cells can regenerate to a whole new plant. Such a feature leads to the need for precise control of which genes will be active and which not because in growth and differentiation, only the activity of specific genes for the individual cells, tissues, organs are required. One of the mechanisms controlling the gene activity is RNA interference (RNAi), which down- regulates or blocks the expression of specific genes at the transcriptional or post-transcriptional level. The crucial part of the RNAi is guiding the RNAi machinery to the target. It is mediated via sequence complementarity of the target with a small RNA (sRNA), which is diced from a double- stranded RNA (dsRNA) precursor. The molecular mechanism of dsRNA and sRNA formation and also the target origin predestinates the subsequent silencing pathway. In transcriptional gene silencing (TGS), the gene expression is regulated through chromatin epigenetic modifications. One of the epigenetic marks is cytosine methylation, which is established mainly by RNA-directed DNA-methylation (RdDM) pathway. Although the protein machinery was relatively...