progenes | Про Hothead

За этим кризисом финансовым и выборами всякими совсем упустили из виду, как буквально в октябре поставили жирную точку на одной из волнующей генетической истории из жизни арабидопсиса.

История началась в в 2005 году в лаборатории университета Пурду (Purdue University) (Западный Лафает, Индианаполис, США). Группа занималась рутинной и скучной на первый взгляд темой - молекулярном контроле развития эпидермиса арабидопсиса. Основной обьект подобных исследований - мутант, в котором что-то не так с развитием эпидермиса. В даном конкретном случае речь шла о мутации в гене с поэтическим названием HOTHEAD, мутантные растения арабидопсиса имеют как бы "слипшееся" соцветия, кроме того, пыльца способна прорастать не на маточке, а при попадании на любую поверхность растения (например, на листок). Что-то явно произошло со специализацией клеток эпидермиса, а что именно, как раз и собиралась прояснить эта группа ученых во главе с Robert E. Pruitt.

Поскольку мутация была гомозиготной (то есть обе копии гена были мутантными), то, согласно менделевским законам наследования, в следующем поколении ожидалось 100% появление мутантов. Однако, совершенно неожиданно и точно так же необъяснимо в последующих поколениях стабильно появлялось около 10% экземпляров, которые совершенно не демонстрировали мутантный "слипшийся" фенотип, а выглядели как нормальные растения. Материальных объяснений может быть несколько. Или это "загрязненные" диким типом семена, или это дикая пыльца залетела, или это какие-то эпигенетические нюансы, которые не затрагивают генотип, а работают на посттранскрипциональном уровне, или мы столкнулись с принципиально новым типом восстановления мутации в жизненно-важном гене.

Pruitt загрязнение семян отмел сразу, потому что тщательно выделил эмбрионы и подтвердил с помощью ПЦР, что таки да, их гены мутантные по обеим копиям. Затем посмотрел на ДНК "восстановленных" 10% экземпляров и убедился, что у них не просто что-то там отрегулировалос эпигенетически, а что мутантный ген каким-то образом стал нормальным. Причем похоже на то, что восстановление происходит где-то в пыльце и загрязнение дикой пыльцой тоже отмелось. Таким образом в сухом остатке получился принципиально новый тип репарации, которого еще свет не видывал и о механизмах которого мы не подозревали. О чем и вышла статья в Nature.

После этого только ленивый докторант не придумывал теорию, как это может происходить. На тот момент наиболее достоверной выглядела идея, что "целый немутантный" ген где-то кешируется. Например, высказывалось предположение, что кеширование происходит в виде РНК или сохраняется в некодируемой части генома. На тот момент в нашем растительном институте только об этом гене на перекурах и говорили. Не обошел вниманием такую волнующую тему и волновой генетик Гаряев.

Предлагались также и менее фантастические версии, дескать в мутанте накапливаются токсические вещества нитрилы и изотиоцианаты (А), которые с одной стороны поднимают процент "обратного мутагенеза" в пыльце (В), а в комбинации с генетической химеризацией (есть и такой феномен, сама видела), получаем необходимые 10% (С).

Впрочем, пока это были робкие попытки поспекулировать. Чтобы это выглядело достоверно, надо делать эксперименты.
И уже через год появились первые робкие результаты, которые свидетельствовали о том, что такой мутант странный, у него из-за дефекта эпидермиса склонность к ~~адюльтеру~~ к принятию чужеродной пыльцы. Липнет как-то особенно эффективно. Поэтому есть большое подозрение, что имеем дело не с мистикой, а с банальным переопылением из соседней лаборатории. На это группа из Пурду сказала, ну допустим, но в таком случае мы наблюдали бы гетерозиготные мутанты, но у нас восстанавливаются вроде обе копии.

В общем, с 2006 года про мистическую наследственность hothead научное комьюнити почти забыло. Но как оказалось, за него вплотную взялись французы и в октябре этого года вышла статья. Они подтвердили необычную склонность мутанта к переопылению, однако им удалось вырастить около 10 тысяч мутантов в полной изоляции от возможного переопыления и они ни разу не наблюдали эффекта восстановления мутировавшего гена.

Последний гвоздь в мистерию hothead выглядит так:
В итоге:
(I) мутанты весьма чувствительны к переопылению.
(II)"восстановление" мутации зависит от присутствие доноров дикого типа аллеля в непосредственной близости и его частота коррелирует с физическим расстоянием между мутантами и донорскими растиями.
(III) "восстановленные" растения несут генетическую информацию, которая может быть обеспечена только путем переопыления.
(IIII) Как и ожидалось в соответствии с генетическими законами (Mendel 1866), мы не подтвердили, что мутантные растения могут быть источником пыльцы или яйцеклетки "восстановленной" копии. В целом эти результаты серьезно подтверждают переопыление, как причину генетической нестабильности мутантов.