Natura czy wychowanie? Gdzie leży prawda?
Naukowcy z The John Innes Centre w brytyjskim Norwich odkryli, w jaki sposób organizm może stworzyć pamięć biologiczną dla niektórych tak zmiennych warunków jak jakość diety czy temperatura. Opisali mechanizm działania owej pamięci, a także sposób jej dziedziczenia przez potomstwo.
Niektóre badania wskazują, że w rodzinach, gdzie pokolenie rodziców lub dziadków cierpiało na poważny niedobór pożywienia, u dzieci i wnucząt występuje wyższe ryzyko chorób sercowo-naczyniowych oraz cukrzycy, pomimo że warunki mogące prowadzić do tych schorzeń zostały już wyeliminowane. Wyjaśnienie tego zjawiska mogłaby udzielić szybko rozwijająca się dziedzina epigenetyki, która bada dziedziczność pozagenową - niezależną od sekwencji DNA.
Geny się nie zmieniają, wygląd tak?
Długo nie było wiadomo, w jaki sposób jednostki mogą tworzyć pamięć genetyczną dla tak zmiennego czynnika jak odżywianie i przekazywać go potomstwu. Niedawno badania na ten temat prowadził prof. Martin Howard i prof. Caroline Dean z The John Innes Centre.
- Obecnie istnieje kilka przypadków, co do których wiemy, że na aktywność genów wpływają długotrwałe czynniki środowiska naturalnego. W niektórych przypadkach środowisko może faktycznie wpływać na biologię i fizjologię jednostki. U potomstwa, które dziedziczy te cechy nie znajdujemy jednak żadnych zmian w sekwencji poszczególnych genów - mówi prof. Dean.
Do swych badań naukowcy wybrali rośliny zdolne do przekazywania kolejnym generacjom informacji na temat długości chłodnego okresu zimowego. Umożliwia to kolejnym pokoleniom przystosować odpowiedni czas kwitnienia oraz zapylania i tym samym zapewnić najkorzystniejsze warunki dla rozprzestrzeniania się nasion i ich kiełkowania.
Pamięć z poprzednich pokoleń
Gdy naukowcy prowadzili swe badania, znane były już geny odpowiedzialne za poszczególne fazy procesu kwitnienia, wiedziano też, że jego koordynacja czasowa w kolejnym pokoleniu ma związek z długością chłodnego okresu zimowego. Badacze skupili swą uwagę głównie na FLC (Flovering locus C) - odcinku genomu związanym z tzw. wernalizacją, czyli z przejściem z fazy wzrostu do reprodukcji.
W oparciu o modelowanie matematyczne i analizy eksperymentalne naukowcy badali system, który potrafi wyłączyć lub włączyć sekwencje FLC w każdej komórce i przenieść tę zmianę także na swoje potomstwo. Stwierdzili, że im dłuższy jest okres zimowy, tym wyższy jest udział komórek z wyłączonym odcinkiem FLC. Ten system opóźniający kwitnienie należy do pamięci epigenetycznej. Obejmuje ona różne procesy, a do najważniejszych z nich należy możliwość modyfikacji histonów (białek na które nawinięta jest nić DNA) - zmiany chemiczne (np. wiązanie grup acetylowych) w obrębie histonów mogą mieć później wpływ na ekspresję genów nawiniętych w zmodyfikowanym obszarze. Zmiany te mogą zostać później przeniesione podczas procesu podziału na nowo powstające komórki, a później na potomstwo.
Potwierdzony eksperymentalnie model
Grupa prof. Howarda opracowała model matematyczny obszarów FLC, który jest w stanie prognozować ilość komórek w których FLC będzie aktywne lub nieaktywne, zależnie od temperatury i długości zimnego okresu. W części eksperymentalnej naukowcy wykorzystali mikroskopową obserwację wybarwionych na niebiesko komórek z aktywnym FLC. Wyniki eksperymentów potwierdziły opracowany model, natomiast analiza histonów wykazała zmiany w ich strukturze związane z dłuższym okresem zimowym.
Mamy tu do czynienia z kolejnym ważnym odkryciem, które pomaga zrozumieć złożone prawa dziedziczności zmian adaptacyjnych, łącznie ze zmianami zachowania.
Robert Lamparski
