Tilbake til søkeresultatene

BIONÆR-Bionæringsprogram

How is epigenetic memory induced in embryos and maintained year after year in long-lived plants?

Alternativ tittel: Hvordan induseres epigenetisk hukommelse i embryo og opprettholdes år etter år i flerårige planter?

Tildelt: kr 12,0 mill.

Klimaforholdene under frøutviklingen påvirker trærs klimatilpasningsegenskaper og dette skyldes et fenomen kalt epigenetisk hukommelse. Denne hukommelsen påvirker genaktiviteter og derved plantenes fenotype uten å endre kodene i arvestoffet (DNA). Ved hjelp av vevskulturteknologi kalt somatisk embryogenese som gir genetisk identiske frø, har vi påvist at granfrø utviklet under kjøligere sammenlignet med varmere forhold, har forskjeller i DNA-metylering (epigenetisk mekanisme som regulerer genaktivitet) i gener relatert til klimatilpasning samt ulikheter i genaktivitet. Granplanter fra slike frø danner vinterknopper og får knoppsprett om våren på forskjellig tid i tråd med betydelige forskjeller i genaktivitet. Siden DNA-metylering er vist å variere gjennom året, er det imidlertid uklart hvilke epigenetiske endringer som er stabile nok til å forklare den epigenetiske hukommelsen. I EpiMemo-prosjektet vil vi kartlegge når under frøutviklingen slike forskjeller i DNA-metylering oppstår og hvilke forskjeller som er stabile gjennom året og fra år til år i planter som har vokst opp fra slike frø. DNA-metyleringsmønsteret vil sammenholdes med aktivitetene til gener som koder for proteiner (via budbringer-RNA = mRNA) og gener som koder for små RNA-molekyler (sRNA) som regulerer mengden av mRNA tilgjengelig for proteinsyntese. Siden DNA-metylering må undersøkes i tusenvis av gener i mange prøver og sammenholdes med genaktiviteter, vil vi benytte mønstergjenkjennelsesmetodikk basert på maskinlæring. For å bekrefte at forskjeller i DNA-metylering gir forskjellige klimatilpasningsegenskaper, tar vi sikte på å redigere DNA-metyleringen i spesifikke gener og studere effektene av dette i granfrø og planter. Økt forståelse av den epigenetiske hukommelsen av temperaturen under frøutviklingen vil bedre våre kunnskaper om epigenetikk som en drivkraft i klimatilpasning og evolusjon hos planter med langt liv, i tillegg til langsommere, naturlig seleksjon basert på klassisk genetikk.

Epigenetic memory may be induced by environmental conditions experienced during embryogenesis. How such a memory affects an organism’s ability to survive and adapt is a topic of great interest. Questions of intense debate are which life stages that are the most sensitive, how altered epigenetic marks are maintained mitotically through a long life and how they alter the phenotype. In EpiMemo we will probe these questions using the long-lived tree species Norway spruce as our experimental system. We will use a unique set of clonal epitype trees with a stable epigenetic memory of the climatic conditions (cold/warm) during embryogenesis and corresponding epitype embryos. To elucidate if the epigenetic memory is associated with differential DNA methylation between epitypes, we will look for stable DNA methylation differences in stem cells of the apical meristems of shoot tips/buds in epitype trees through the annual cycle and in mature embryos. A machine learning pattern recognition approach will be used to distinguish stable DNA methylation differences between epitypes from dynamic changes through the annual cycle. In addition, we will examine mRNA and sRNA gene expression differences (DEG) between epitypes to establish if changes in DNA methylation marks are associated with the observed DEG. We will also study how and when during embryogenesis the epigenetic memory is laid down, by analysing the DNA methylation, mRNA and sRNA expression during different stages of embryogenesis. To verify that DNA methylation differences are causing the phenotypic differences between epitypes we will use targeted editing of DNA methylation of identified target genes by means of transcriptional gene silencing (TGS). Understanding the evolutionary significance of epigenetic memory in climatic adaptation will reveal how perennial plants may epigenetically adjust their annual cycle to local climate changes more rapidly than classical natural selection can cope with.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

BIONÆR-Bionæringsprogram