Коротко: при повторяющихся стрессах (засуха, солёность) растения могут «запоминать» пережитое за счёт эпигенетических изменений — модификаций ДНК и гистонов и малых РНК — которые изменяют экспрессию стресс‑ответных генов и иногда передаются потомству без изменения первичной ДНК. Эти изменения обеспечивают «прайминг» (быстрый/усиленный ответ при повторном стрессе) и при благоприятных условиях могут сохраняться в нескольких поколениях (транс- или интерагенерационная память).
Механизмы (кратко)
- ДНК‑метилирование (контексты $CG$, $CHG$, $CHH$) — может стабильно реплицироваться и выключать промоторы/TE; участвует в RdDM (RNA‑directed DNA methylation).
- Модификации гистонов (например $H3K4me3$ — активирующая; $H3K9me2$, $H3K27me3$ — репрессивные) — меняют доступность хроматина.
- Мелкие РНК (siRNA, 24‑nt) — нацеливают RdDM, подавляют TE и регулируют генную экспрессию.
- Хроматин‑ремоделирование (например DDM1) — влияет на стабильность метилирования и доступность ДНК.
- Взаимодействие с TE: стресс может активировать TE → новые эпигенетические состояния вокруг генов.
- Особенности наследования: часть меток может быть переработана в гамето- или зигото-генезе, поэтому не все изменения переходят; устойчивость зависит от механизма и вовлечённых путей.
Критерии, подтверждающие эпигенетическую природу унаследованного признака
1. Фенотип передаётся при отсутствии изменений первичной последовательности (проверить WGS/ре‑секвенирование).
2. Фенотип коррелирует с изменениями эпигенетических меток (DMR, изменение гистоновых меток, профиль малых РНК).
3. Нарушение эпигенетического пути (мутации или ингибиторы) устраняет передачу фенотипа (утверждает причинность).
4. Целенаправленное изменение метки (эпи‑редактирование) вызывает/устраняет фенотип.
Методы и подходы для подтверждения (схема эксперимента и конкретно)
- Контроль генетики: использовать изогенные линии, несколько независимых линий, WGS/ре‑секвенирование потомков, чтобы исключить ДНК‑мутации.
- Анализ ДНК‑метилирования:
- WGBS (whole‑genome bisulfite sequencing) — высокоразрешающий профиль метилирования, поиск DMR между контроль/стресс/потомки.
- Бисульфит‑ПЦР для локальной валидации DMR.
- Methylation‑sensitive restriction/МS‑AFLP (быстрая проверка).
- Гистоны/хроматин:
- ChIP‑seq или ChIP‑qPCR для ключевых маркеров ($H3K4me3$, $H3K9me2$, $H3K27me3$).
- ATAC‑seq для доступа хроматина.
- Малые РНК:
- small RNA‑seq для выявления стресс‑ассоциированных 24‑nt siRNA и корреляции с RdDM.
- Транскриптом:
- RNA‑seq для корреляции изменений экспрессии с эпигенетическими метками.
- Генетические/функциональные тесты:
- Использовать мутанты RdDM/метилирования: $met1$, $ddm1$, $drm1/drm2$, $rdr2$, $nrpd1$, $ago4$. Если в таких фондах наследование исчезает — сильный аргумент эпигенетической природы.
- Химическая деметилация (5‑azacytidine) — стирание меток и проверка исчезновения фенотипа (внимание к неспецифическим эффектам).
- Создание epiRILs (epigenetic recombinant inbred lines) для разнесения эпигенетических и генетических эффектов.
- Целенаправленное эпигеномное редактирование (dCas9‑TET для деметилирования, dCas9‑DNMT для метилирования) на конкретных промоторах и тест фенотипа.
- Наследственность/кросс‑эксперименты:
- Проследить фенотип и метки минимум в $F_1$, $F_2$ (и дальше) при выращивании без стресса.
- Реконструкция наследования через reciprocal crosses (материнский/отцовский эффект).
- Графтинг для разделения системных сигналов и наследования.
Практическая краткая последовательность для подтверждения
1. Получить фенотип после повторных стрессов и задокументировать стабильность в последующих поколениях в отсутствии стресса.
2. Исключить генетические изменения (WGS, изогенные линии).
3. Найти коррелирующие DMR/изменения гистонов/microRNA (WGBS, ChIP‑seq, smallRNA‑seq, RNA‑seq).
4. Проверить причинность: мутанты эпигенетических путей, химическая деметилация, эпигеномное редактирование.
5. Продолжить наследование на несколько поколений и провести обратные эксперименты (удаление меток → утрата фенотипа).
Короткий вывод: эпигенетические модификации могут служить механизмом наследования приобретённых у растений ответов на засуху и засоление; чтобы убедительно доказать эпигенетическую природу, нужно сочетать эпигеномный профилинг, генетические/функциональные вмешательства (мутации, эпигеномное редактирование, ингибиторы) и контролировать отсутствие ДНК‑мутаций и стабильность по поколениям.