Китайские ученые совершили прорыв в изучении того, как трехмерная структура генома растений влияет на работу генов, особенно связанных с фотосинтезом. Исследование провела группа под руководством профессора Сяо Цзюня из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук вместе с коллегами из BGI Research.

Результаты опубликовали в журнале Science Advances.

Новый метод, названный TAC-C, позволяет точнее изучать взаимодействия между генами в трехмерном пространстве ядра клетки. Раньше для этого использовали Hi-C, ChIA-PET и другие технологии, но они не всегда давали четкую картину, требовали много ресурсов и не могли эффективно выявлять активные участки хроматина.

Хроматин — это не просто хаотичный клубок ДНК и белков, а сложная структура, где важна каждая «петля» и „узел“.

Ученые применили комбинацию ATAC-seq (метод поиска активных зон хроматина) и Hi-C (картирование взаимодействий). Получился инструмент, который работает быстрее, точнее и дешевле.

С его помощью построили 3D-карты хроматина для четырех важных сельскохозяйственных культур. Оказалось:

• Участки-»якоря», где чаще всего происходят взаимодействия, связаны с высокой активностью генов и меньшим числом мутаций.
• В этих зонах часто находятся регуляторные элементы, влияющие на урожайность и другие признаки.

В пшенице (у которой три субгенома — A, B и D) обнаружили асимметрию: гены в одних субгеномах работали активнее, чем в других. Это связано с вставками мобильных элементов и вариациями последовательностей.

У животных за организацию хроматина отвечают белки CTCF и когезин. У растений механизм иной — ключевую роль играют транскрипционные факторы семейств SBP, MYB, Dof и других. Особенно важны SBP: когда ученые «выключили» гены TaSPL7 и TaSPL15, исчезли петли хроматина, связанные с фотосинтезом, что повлияло на развитие листьев и их эффективность.

Трехмерная структура ДНК — не просто «упаковка», а важный механизм регуляции. Новый метод TAC-C поможет лучше понять, как гены управляют признаками растений, и ускорит селекцию.

Этот метод — как микроскоп для генетиков: позволяет увидеть то, что раньше было скрыто. Понимание 3D-структуры генома поможет:

• Создавать более урожайные сорта — если знать, как «включить» нужные гены через регуляторные элементы.
• Ускорять селекцию — вместо долгих полевых испытаний можно заранее предсказать, как изменения ДНК повлияют на растение.
• Изучать эволюцию — асимметрия в пшенице показывает, как полиплоидия (удвоение геномов) влияет на регуляцию генов.

Пока метод тестировали только на культивируемых растениях. Неясно, как он поведет себя у диких видов с более сложной геномной архитектурой. Кроме того, TAC-C требует высококачественного биоматериала — для полевых образцов это может быть проблемой.

Ранее ученые выяснили механизм действия важнейших белков.