Всего четыре буквы - A, C, T и G - составляют генетический код организма. Изменение одной буквы или основания может привести к изменениям в структуре и функциях белка, влияя на черты организма. Кроме того, могут происходить и происходят более тонкие изменения, связанные с модификациями самих оснований ДНК. Наиболее известным примером такого рода изменений является метилирование основания цитозина в 5-м положении его углеродного кольца (5mC). У эукариот менее известная модификация включает добавление метильной группы к основанию 6 аденина (6mA).
В выпуске журнала Nature Genetics от 8 мая 2017 года группа под руководством ученых из Объединенного института генома Министерства энергетики США (DOE JGI) сообщает о распространенности модификаций 6 мА в самые ранние ветви царства грибов. Хотя грибы существуют уже миллиард лет и в совокупности способны разлагать почти все встречающиеся в природе полимеры и даже некоторые полимеры, созданные человеком, большинство изученных видов принадлежат всего к двум типам, Ascomycota и Basidiomycota. Остальные 6 групп грибов классифицируются как «ранние расходящиеся линии», самые ранние ветви генеалогии грибов. Они включают в себя малоизученное царство грибов, предоставляя репертуар важных и ценных генных продуктов для миссий Министерства энергетики США в области биоэнергетики и окружающей среды.
По большому счету, раннерасходящиеся грибы очень плохо изучены по сравнению с другими родословными. Тем не менее, многие из этих грибов оказываются важными по-разному», - сказал первый автор исследования и аналитик JGI Министерства энергетики США Стивен Мондо. огромный арсенал ферментов, разрушающих клеточную стенку растений, которые могут быть полезны для производства биоэнергии. Они являются хорошим примером того, как изучение этих малоизученных родословных приводит к ценным биологическим и технологическим открытиям».
Многие геномы грибов, использованные в исследовании, были секвенированы в рамках инициативы DOE JGI 1000 Fungal Genomes, направленной на создание по крайней мере одного эталонного генома для каждого семейства грибов. Для исследования команда использовала 16 геномов грибов, секвенированных в DOE JGI с использованием платформы секвенирования Pacific Biosciences. Хотя эта технология использовалась с целью получения очень качественных сборок генома, ученые DOE JGI теперь дополнительно воспользовались этой платформой секвенирования для изучения эпигенетических (5mC, 6mA) модификаций. Они обнаружили очень высокие уровни 6 мА у грибов, где метилировано до 2,8% всех аденинов, подтвердив эти выводы несколькими независимыми методами. Предыдущим рекордсменом по геномному 6 мА, отмечает Мондо, была водоросль Chlamydomonas reinhardtii (секвенирована и аннотирована DOE JGI), в которой метилировано всего 0,4% аденинов.
«Это одно из первых прямых сравнений 6 мА и 5 мКл у эукариот, а также первое исследование 6 мА в царстве грибов», - сказал глава отдела геномики грибов JGI Министерства энергетики и старший автор Игорь Григорьев. «Было показано, что 6mA выполняет разные функции в зависимости от организма. Например, у животных он участвует в подавлении активности транспозонов, а у водорослей положительно связан с экспрессией генов. Наш анализ показал, что модификации 6mA связаны с экспрессированными генами. и предпочтительно депонируется на основе функции и консервации генов, показывая, что 6mA является маркером экспрессии важных функционально значимых генов."
В дополнение к тому, что 6 мА выполняет роль, противоположную 5 мКл (которая подавляет экспрессию), команда обнаружила, что наличие 5 мКл и 6 мА обратно коррелируют. В частности, хотя 5mC обнаруживается в повторяющихся областях генома, метилированные аденины были сгруппированы в плотные «метилированные адениновые кластеры» (MAC) на промоторах генов. 6 мА также были последовательно обнаружены на обеих цепях ДНК, что может способствовать распространению метилирования посредством клеточного деления.
«Используя геномику, мы изучаем разнообразие грибов для разработки каталогов генов, ферментов и путей - списков частей для биоэкономики и приложений биоэнергетики», - сказал Григорьев. «Многое из этого закодировано в ранних дивергирующихся грибах. В этих грибах мы обнаружили, что большинство экспрессируемых генов имеют МАК 6 мА. Таким образом, открытие метилирования ДНК в ранних дивергирующихся грибах помогает исследовательскому сообществу лучше понять регуляцию генов, которые кодируют детали для биоэкономики и биоэнергетики."