Silencing of Transposable Elements in Plants and Implications for Rationalised Transgene Design

Abstract

(česky) Transponovatelné elementy (TE) jsou nedílnou součástí všech rostlinných genomů. Jejich schopnost změnit svoji pozici, tedy transponovat, jim umožňuje množit se a navozovat mutace, což po miliardy let pohání evoluci vpřed. Ačkoliv jsou TE důležité, jejich ničím nekontrolovaná transpozice může vést k nevratnému poškození genomu. Rostliny proto vyvinuly speciální umlčovací mechanismy, které aktivitu TE regulují a umožňují rostlině využívat jejich mutagenní potenciál, tím že je po jejich transpozici mohou přetvořit v genomické novinky. Mechanismy umlčování převážně působí na epigenetické/transkripční úrovni, kde cíleně zavádějí methylaci DNA nebo histonů, jako je například RNA-dependentní DNA metylační dráha (RdDM). Na posttranskripční úrovni pak cíleně degradují mRNA, což je známé jako posttranskripční genový silencing (PTGS). Tyto silencing mechanismy se postupem času také staly vysoce účinnými v rozpoznávání přirozených i umělých transgenů. Rozpoznání a následné umlčení transgenů snižuje účinnost transgenoze a tím i úspěšnost vývoje geneticky modifikovaných organismů (GMO). Důkladný výzkum těchto umlčovacích drah a TE může vést k lepšímu porozumění toho, co tyto dráhy považují za své cíle. Tato znalost může být využita pro racionalizované navrhování transgenů a lepší vývoj GMO. V tomto textu...

(English) Transposable elements (TEs) are integral parts of all plant genomes. Their ability to change their position (transpose) or copy to a new position and induce mutations within these genomes has driven evolution for billions of years. Despite its importance, unrestrained transposition can lead to irreversible genomic damage. Therefore, plants have evolved special silencing mechanisms to regulate transposition and "silence" TEs. This allows plants to harness the mutagenic potential of TEs, tame their new insertions, and thus potentially acquire genomic novelties. Silencing mechanisms operate mostly at the epigenetic/transcriptional level, where they induce methylation on target DNA or histones. This accounts for RNA-dependent DNA methylation pathways (RdDMs). Additionally, they operate at the post-transcriptional level, where they degrade target mRNA through a pathway known as post-transcriptional gene silencing (PTGS). These silencing mechanisms have also become proficient in recognizing both natural and artificial transgenes. Recognition and subsequent silencing of transgenes diminishes the efficiency of transgenesis and, thus, successful production of genetically modified organisms (GMOs). Extensive research into these silencing pathways and TEs can lead to a better understanding of what...