Epigenetisch geheugen van de zeeden...
Zaden onthouden temperatuurveranderingen...
Zaden van zeeden houden een herinnering vast aan de temperaturen waaraan ze tijdens hun vorming werden blootgesteld. Dit geheugen blijft na ontkieming gedurende minstens 2 jaar bestaan tijdens de groei van jonge bomen. Dit is de eerste bevinding van wetenschappers van INRAE, de Universiteit van Orléans, de Universiteit van Perpignan, CEA, het technologie-instituut FCBA en de Universiteit van Lissabon. Dit geheugen is van epigenetische oorsprong, d.w.z. door de omgeving geïnduceerde veranderingen die geen invloed hebben op de DNA-sequentie van de genen, maar op hun activiteit. De onderzoekers identificeerden 10 genen die zulke epigenetische markeringen opbouwen en die betrokken zijn bij de verdedigings-, aanpassings- en ontwikkelingsreacties van de boom. Dit onderzoek, gepubliceerd in Plant Physiology, opent de mogelijkheid om bomen al heel vroeg te conditioneren aan variaties in temperatuur of andere omgevingsfactoren, zodat ze zich hun hele leven kunnen aanpassen aan een veranderende omgeving.
Door de verstoring van het klimaat wijzen de projecties op een aanzienlijke temperatuurstijging, waardoor de meeste bossen zullen worden blootgesteld aan terugkerende en ernstigere periodes van hitte en droogte. Deze stress kan al beginnen bij de vorming van het zaad dat het embryo van de toekomstige boom bevat. Sinds het einde van de jaren 2000 is een afname van de zaadproductie waargenomen bij de zeeden, een belangrijke plantageboom in het hele Middellandse Zeegebied, met name in Frankrijk. Het is daarom een grote uitdaging om te begrijpen hoe deze bomen reageren op temperatuurschommelingen tijdens de embryogenese en wat de gevolgen zijn voor de ontwikkeling van zaailingen tot volwassenheid.
Wetenschappers stelden voor het eerst vast dat de temperatuur waaraan een zaadje van de zeeden werd blootgesteld, de biologische en biochemische aspecten van de ontwikkeling van het embryo dat het bevatte, en vervolgens de groei van de boom na ontkieming gedurende ten minste 3 jaar beïnvloedde. De effecten van de temperatuur houden aan vanaf het embryonale stadium tot aan de jonge boom, maar worden na 5 jaar niet meer waargenomen. Dit suggereert eerder een epigenetische dan een genetische oorsprong voor deze fenomenen, d.w.z. processen die veranderingen in genexpressie teweegbrengen zonder de DNA-sequentie te wijzigen, die overdraagbaar zijn door celdeling tijdens de ontwikkeling en die mogelijk omkeerbaar zijn.
Om deze complexe epigenetische processen eenvoudiger te bestuderen, gebruikten de wetenschappers embryo's die vermeerderd waren uit één enkel zaadje van de zeeden (met andere woorden, een kloon van één enkele boom).
Ze belichtten en kweekten 3 partijen van deze embryo's bij 3 verschillende temperaturen (23°C voor de referentie, 18°C voor de laagste en 28°C voor de hoogste) gedurende de rijpingsfase van 3 maanden van het embryo.Alle partijen werden vervolgens ontkiemd bij 23°C en de resulterende planten werden gedurende 5 jaar geobserveerd in het laboratorium, in de serre en na het planten in openluchtomstandigheden.Omdat het genoom van de zeeden gigantisch is (8 keer dat van het menselijk genoom) en nog niet volledig gesequenced, ontwikkelden de wetenschappers een techniek om de interessante gebieden in het genoom vast te leggen waar de genen zich bevinden. Vervolgens analyseerden ze met behulp van een specifieke sequentiemethode een soort epigenetische modificatie (DNA-methylering) die veranderingen in genexpressie kan veroorzaken die overdraagbaar zijn door celdeling tijdens de ontwikkeling.Analyse van de partijen in 3 ontwikkelingsstadia identificeerde enkele duizenden van deze epigenetische modificaties, die waren geïnduceerd door de temperatuur waarop de embryo's rijpten en die 2 jaar later trouw in de bomen werden teruggevonden.
De wetenschappers identificeerden 10 genen met bekende functies die deze aanhoudende epigenetische modificaties accumuleren. Ze zijn met name betrokken bij afweerreacties tegen stress en aanpassing aan temperatuur, en bij de ontwikkeling van het embryo. Ze zijn de beste kandidaten voor de vorming van een epigenetisch geheugen van temperatuur tijdens de embryogenese in de zeeden dat blijft bestaan in de groeiende boom.
Deze studie toont aan, bij bomen en meer in het algemeen bij planten, dat epigenetische modificaties worden doorgegeven van de embryonale fase naar de post-embryonale fase (zaailinggroei na ontkieming). Dit resultaat opent de mogelijkheid om langlevende planten zoals bomen al heel vroeg te conditioneren door temperatuur of andere omgevingsfactoren om nieuwe eigenschappen te induceren die interessant zijn voor bosbeheer. Deze epigenetische geheugeneffecten zouden ook cruciaal kunnen zijn om bomen in staat te stellen om te reageren op terugkerende stress, zoals hittestress, en om zich gedurende hun hele levenscyclus snel aan te passen aan een veranderende omgeving. Dit zou beheerders nieuwe handvaten kunnen bieden om zich aan te passen en genetische bosrijkdommen duurzaam te behouden in het licht van voortdurende wereldwijde veranderingen.
Vertaald voor AnBeRo door lamoriniere@gmail.com
