Cuando las madres anulan los genes del padre en embriones de plantas

H3K27me3 se deposita en los pronúcleos paternos. (A) Imagen confocal anotada de un cigoto Marchantia 3 días después de la fertilización (daf) con tejido materno vegetativo circundante. El pronúcleo paterno es visible en la vecindad del pronúcleo materno. Los núcleos se tiñen con DAPI. Se indican la célula cigota fertilizada (círculo amarillo discontinuo), el pronúcleo materno (círculo rosa), el tejido materno vegetativo (líneas verdes) que rodea el cigoto y el pronúcleo paterno (círculo cian). Barra de escala como se indica. (B) Imagen confocal de proyección de intensidad máxima compuesta de un cigoto de Marchantia que expresa SUN-GFP a 3 daf más el tejido materno vegetativo circundante. Las membranas nucleares están marcadas por la localización de SUN-GFP, que se muestra en verde. El pronúcleo paterno es más pequeño y adyacente al pronúcleo materno. La autofluorescencia de los cloroplastos en las células madre vegetativas se muestra en rojo y ambos canales se superponen en una imagen de luz transmitida. Barra de escala como se indica. (C) Imagen de inmunofluorescencia 3 daf de un cigoto Marchantia. Tanto el pronúcleo materno como el paterno se indican en rosa y cian, respectivamente. El recuadro muestra una vista ampliada del pronúcleo paterno con imágenes separadas para H3K27me3 (rojo), H3 (verde), DAPI (azul) y la imagen combinada. El contraste se mejora para cada imagen y canal de forma independiente con fines de visualización. Barras de escala como se indica. Crédito:eLife (2022). DOI:10.7554/eLife.79258

En los seres humanos, y en muchas otras especies, tanto los genes heredados de la madre como del padre influyen en el desarrollo de los embriones. Sin embargo, en la hepática Marchantia polymorpha, la madre tiene el control total, como descubrieron ahora los investigadores del laboratorio de Berger en GMI. En un estudio publicado en eLife , los investigadores muestran que la "planta madre" tiene el control total e inactiva por completo los genes paternos en sus embriones para garantizar que se desarrollen correctamente.

Los seres humanos tienen dos conjuntos de cromosomas, uno materno y otro paterno, y ambos suelen aportar rasgos al individuo, según los genes que se expresen; esto es lo que nos convierte en "diploides". Pero ese no es el caso de todos los seres vivos:

Las algas y los parientes de los musgos, incluidas las hepáticas, pasan la mayor parte de su ciclo de vida con un solo conjunto de cromosomas. La hepática solo tiene una breve fase diploide cuando el material genético de una célula germinal materna y una paterna se combinan para dar lugar a un embrión, transportado dentro del tejido materno. En esta breve fase como diploide, la planta necesita tener un mecanismo para hacer frente a la duplicación de su material genético.

Uno de esos mecanismos es el silenciamiento de una copia de un gen, también llamado "impresión genómica parental". Con la impronta genómica, incluso un cromosoma completo puede desactivarse permanentemente, como es el caso de uno de los dos cromosomas X en las mujeres. "La impronta genómica de los padres se había identificado solo en especies que innovaron los tejidos extraembrionarios que canalizan los nutrientes de la madre al embrión, como la placenta en los mamíferos y el endospermo en las plantas con flores", dice Frédéric Berger, líder de grupo sénior en GMI-Instituto Gregor Mendel de Biología Molecular de Plantas de la Academia de Ciencias de Austria.

Un mecanismo de afrontamiento genómico liderado por los genes maternos

Los embriones de hepática también crecen dentro de los tejidos maternos, pero a diferencia de los mamíferos, su desarrollo no involucra tejidos extraembrionarios. Con estos factores en mente, el grupo de investigación de Berger se dispuso a investigar la existencia de mecanismos de impronta genómica parental en Marchantia.

"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 etapa en la que se vuelve diploide", dice el primer autor Sean Montgomery. , un doctorado reciente. Graduado del laboratorio Berger en GMI. El equipo también descubrió que la marca molecular depositada en la totalidad de los cromosomas paternos se mantiene durante todo el desarrollo del embrión. “Por lo tanto, el desarrollo del embrión 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 Berger.

Rascando la superficie de la diversidad de la naturaleza

El mecanismo silenciador que el equipo describió en la hepática no es nuevo en sí mismo. Este silenciamiento dirigido está mediado por el Complejo Represivo 2 de Polycomb (PRC2). Sin embargo, este mecanismo preciso aún no se había asociado con el silenciamiento de cromosomas completos.

Como los ancestros de la hepática son considerablemente más antiguos que los de los mamíferos o las plantas con flores, los hallazgos sugieren que los mecanismos de impresión evolucionaron mucho antes de lo que se sabe actualmente. Además, Berger y su equipo proponen que este fenómeno ha evolucionado varias veces en varias formas de vida y que quedan muchos mecanismos de impronta por descubrir. "Con nuestro trabajo, pudimos resaltar un aspecto único de la biología, una porción de la amplia diversidad de la naturaleza", concluye Montgomery. + Explora más