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Marchantia, o hepáticas, las madres y los padres son haploides, portando sólo una copia de su cromosoma. Cuando se fusionan, producen un túembriones ploides con dos copias del genoma, pero las cosas podrían salir mal si los genomas chocan y causan la muerte de la descendencia. Un equipo de investigación dirigido por el Prof. Berger del Instituto Gregor Mendel de Biología Molecular de Plantas (Viena, AUSTRIA) descubrió que las madres y los padres no hacen la misma contribución a sus hijos, al menos en Alemania. Marchantia. Su investigación, publicada en la revista científica eLiferevela una forma elaborada de regular los genes que puede haber estado ocurriendo durante casi quinientos millones de años.

El trabajo de Sean Akira Montgomery y sus colegas describe un nuevo mecanismo de impronta genómica, denominado «represión cromosómica paterna», que controla epigenéticamente la expresión de genes heredados de la madre y el padre en embriones diploides.Marchantia polimorfa.

como elMarchantiaLos embriones son diploides, tienen genes tanto de su madre como de su padre. Sin embargo, cuando los autores analizaron los transcriptomas (el conjunto de moléculas de ARN expresadas por los genes de un individuo) trece días después de la fecundación, encontraron expresión de genes de origen materno casi exclusivamente.

Por el contrario, los genes paternos son reprimidos por un mecanismo de impronta genómica que se basa en el depósito de marcadores represores (H3K27me3) que se produce poco después de la fecundación. Estas marcas moleculares dejan los genes del padre en el embrión, pero los inhabilitan y los dejan en silencio. La planta hace esto sorprendentemente rápido para proteger al embrión.

«Descubrimos que Marchantia inactiva por completo los cromosomas paternos en el embrión, incluso antes de la fusión de los genomas paterno y materno. De esta manera, Marchantia mantiene una haploidía funcional incluso durante la breve fase en la que se vuelve diploide», dijo Sean Montgomery, primer autor del estudio, en un comunicado de prensa.

Los resultados podrían ayudar a comprender cómo evolucionaron las plantas terrestres modernas hace 470 a 450 millones de años a partir de algas verdes que comenzaron a colonizar la Tierra adaptándose a la sequía y la radiación ultravioleta.

Los científicos usan la hepáticaMarchantia polimorfa to Comprender la evolución de las plantas terrestres, ya que esta planta se separó de otras plantas poco después de la aparición del ancestro acuático. Esta divergencia lo hace útil como organismo modelo para analizar los mecanismos que controlan la formación del cuerpo de la planta, así como la alternancia de generaciones a lo largo del ciclo de vida de la planta.

Durante la evolución de las plantas terrestres, el proceso de vida pasó de un ciclo de vida haploide de algas verdes con una sola copia de su genoma a un ciclo de vida diploide de plantas vasculares con dos copias. Curiosamente, la planta no vascularMarchantiatiene una generación haploide dominante (una espora unicelular que se desarrolla en un cuerpo multicelular) y una generación diploide (un embrión resultante de la fertilización de un óvulo y un espermatozoide), como se muestra enilustración 1. Sin embargo, los mecanismos que gobiernan la dosificación génica (tanto materna como paterna) durantemarchantiasLa esperanza de vida sigue siendo esquiva.

El grupo de investigación descubrió que el silenciamiento del genoma paterno se mantiene durante la generación diploide, pero las modificaciones represivas de la cromatina se invierten en la siguiente generación haploide.

Para revelar marcadores represivos en núcleosMarchantiaPara las células en diferentes etapas de desarrollo, los autores utilizaron técnicas de inmunofluorescencia (Figura 2). Descubrieron que los embriones diploides tenían grandes regiones heterocromáticas durante la interfase y una densa capa de cromosomas durante la fase mitótica. Por el contrario, las células vegetativas haploides mostraron solo patrones irregulares de H3K27me3.

Para comprender la importancia biológica de la represión cromosómica paterna, el equipo creó mutantes que estaban alterados en este mecanismo. Aunque se restauró la expresión de los alelos de origen paterno, los embriones mutantes mostraron una grave falla en el crecimiento y una tasa de mortalidad muy alta en la madurez. Además, los pocos embriones sobrevivientes no lograron producir esporas viables, lo que sugiere fuertemente que el silenciamiento del genoma paterno en la generación diploide es crucial para asegurar la reproducción de la especie (a través de la reproducción sexual y asexual).

Curiosamente, en varios organismos eucariotas, el desarrollo adecuado de los embriones está determinado por genes heredados tanto de la madre como del padre, pero solo por genes maternos en Marchantia.

“El desarrollo embrionario depende únicamente de la expresión de los genes maternos. En cierto modo, los genes maternos tienen el control total. La interrupción de este proceso conduce a la expresión de los genes paternos y a la muerte del embrión”, explica Frédéric Berger, autor principal del trabajo y líder del grupo de investigación que estudia la arquitectura y función de la cromatina en las plantas.

La impronta genómica se ha descrito en mamíferos y plantas con flores con una generación diploide dominante. Sin embargo, es la primera vez que se demuestra este mecanismo regulador en un organismo eucariota como, por ejemplo,como M. polymorphaque alterna una generación haploide dominante con una generación embrionaria diploide corta.

Este estudio plantea la posibilidad de que diferentes organismos eucariotas empleen diferentes estrategias para regular la dosis de genes para garantizar la estabilidad del genoma y la reproducción exitosa de la especie.

ARTÍCULO ORIGINAL

Montgomery SA, Hisanaga T, Wang N, Axelsson E, Akimcheva S, Sramek M, Liu C y Berger F (2022) Represión mediada por Polycomb de la dosificación haploide de cromosomas paternos en embriones diploides de Marchantia”,eLife11. https://doi.org/10.7554/eLife.79258

Las madres posteriores a Marchantia apagan los genes del padre después de que el sexo apareció por primera vez en Botany One.

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