Читаем The Epigenetics Revolution полностью

Not all plants use exactly the same epigenetic strategies. The best-characterised model system is an insignificant looking little flowering plant called Arabidopsis thaliana. It’s a member of the mustard family and looks like any nondescript weed you can find on any patch of wasteland. Most of the leaves grow close to the ground in a rosette shape. It produces small white flowers on a stem about 20–25 centimetres high. It’s been a useful model system for researchers because its genome is very compact, which makes it easy to sequence in order to identify the genes. There are also well-developed techniques for genetically modifying Arabidopsis thaliana. This makes it relatively straightforward for scientists to introduce mutations into genes to investigate their function.

Arabidopsis thaliana seeds typically germinate in early summer in the wild. The seedlings grow, creating the rosette of leaves. This is called the vegetative phase of plant growth. In order to produce offspring, Arabidopsis thaliana generates flowers. It is structures in the flowers that will generate the new eggs and sperm that will eventually lead to new zygotes, which will be dispersed in seeds.

But here’s the problem for the plant. If it flowers late in the year, the seeds it produces will be wasted. That’s because the weather conditions won’t be right for the new seeds to germinate. Even if the seeds do manage to germinate, the tender little seedlings are likely to be killed off by harsh weather like frost.

The adult Arabidopsis thaliana needs to keep its powder dry. It has a much greater chance of lots of its offspring surviving if it waits until the next spring until it flowers. The adult plant can survive winter weather that would kill off a seedling. This is exactly what Arabidopsis thaliana does. The plant ‘waits’ for spring and only then does it produce flowers.

The rites of spring

The technical term for this is vernalisation. Vernalisation means that a plant has to undergo a prolonged cold period (winter, usually) before it can flower. This is very common in plants with an annual life-cycle, especially in the temperate regions of the earth where the seasons are well-defined. Vernalisation doesn’t just affect broad-leaved plants like Arabidopsis thaliana. Many cereals also show this effect, especially crops like winter barley and winter wheat. In many cases, the prolonged period of cold needs to be followed by an increase in day length if flowering is to take place. The combination of the two stimuli ensures that flowering occurs at the most appropriate time of year.

Vernalisation has some very interesting features. When the plant first begins to sense and respond to cold weather, this may be many weeks or months before it starts to flower. The plant may continue to grow vegetatively through cell division during the cold period. When new seeds are produced, after the vernalisation of the parent plant, the seeds are ‘reset’. The new plants they produce from the seeds will themselves have to go through their own cold season before flowering[274].

These features of vernalisation are all very reminiscent of epigenetic phenomena in animals. Specifically:

The plant displays some form of molecular memory, because the stimulus and the final event are separated by weeks or months. We can compare this with abnormal stress responses in adult rodents that were ‘neglected’ as infants.

The memory is maintained even after cells divide. We can compare this with animal cells that continue to perform in a certain way after a stimulus to the parent cell, such as in normal development or in cancer progression.

The memory is lost in the next generation (the seeds). This is comparable with the way that most changes to the somatic tissues are ‘wiped clean’ in animals so that Lamarckian inheritance is exceptional, rather than common.

So, at a phenomenon level, vernalisation looks very epigenetic. In recent years, a number of labs have confirmed that epigenetic processes underlie this, at the chromatin modification level.

The key gene involved in vernalisation is called FLOWERING LOCUS C or FLC for short. FLC encodes a protein called a transcriptional repressor. It binds to other genes and stops them getting switched on. There are three genes that are particularly important for flowering in Arabidopsis thaliana, called FT, SOC1 and FD. Figure 15.1 shows how FLC interacts with these genes, and the consequences this has for flowering. It also shows how the epigenetic status of FLC changes after a period of prolonged cold.

Перейти на страницу:

Похожие книги

Происхождение мозга
Происхождение мозга

Описаны принципы строения и физиологии мозга животных. На основе морфофункционального анализа реконструированы основные этапы эволюции нервной системы. Сформулированы причины, механизмы и условия появления нервных клеток, простых нервных сетей и нервных систем беспозвоночных. Представлена эволюционная теория переходных сред как основа для разработки нейробиологических моделей происхождения хордовых, первичноводных позвоночных, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих. Изложены причины возникновения нервных систем различных архетипов и их роль в определении стратегий поведения животных. Приведены примеры использования нейробиологических законов для реконструкции путей эволюции позвоночных и беспозвоночных животных, а также основные принципы адаптивной эволюции нервной системы и поведения.Монография предназначена для зоологов, психологов, студентов биологических специальностей и всех, кто интересуется проблемами эволюции нервной системы и поведения животных.

Сергей Вячеславович Савельев , Сергей Савельев

Биология, биофизика, биохимия / Зоология / Биология / Образование и наука
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни

Испокон веков люди обращали взоры к звездам и размышляли, почему мы здесь и одни ли мы во Вселенной. Нам свойственно задумываться о том, почему существуют растения и животные, откуда мы пришли, кто были наши предки и что ждет нас впереди. Пусть ответ на главный вопрос жизни, Вселенной и вообще всего не 42, как утверждал когда-то Дуглас Адамс, но он не менее краток и загадочен — митохондрии.Они показывают нам, как возникла жизнь на нашей планете. Они объясняют, почему бактерии так долго царили на ней и почему эволюция, скорее всего, не поднялась выше уровня бактериальной слизи нигде во Вселенной. Они позволяют понять, как возникли первые сложные клетки и как земная жизнь взошла по лестнице восходящей сложности к вершинам славы. Они показывают нам, почему возникли теплокровные существа, стряхнувшие оковы окружающей среды; почему существуют мужчины и женщины, почему мы влюбляемся и заводим детей. Они говорят нам, почему наши дни в этом мире сочтены, почему мы стареем и умираем. Они могут подсказать нам лучший способ провести закатные годы жизни, избежав старости как обузы и проклятия. Может быть, митохондрии и не объясняют смысл жизни, но, по крайней мере, показывают, что она собой представляет. А разве можно понять смысл жизни, не зная, как она устроена?16+

Ник Лэйн

Биология, биофизика, биохимия / Биология / Образование и наука
Взаимопомощь как фактор эволюции
Взаимопомощь как фактор эволюции

Труд известного теоретика и организатора анархизма Петра Алексеевича Кропоткина. После 1917 года печатался лишь фрагментарно в нескольких сборниках, в частности, в книге "Анархия".В области биологии идеи Кропоткина о взаимопомощи как факторе эволюции, об отсутствии внутривидовой борьбы представляли собой развитие одного из важных направлений дарвинизма. Свое учение о взаимной помощи и поддержке, об отсутствии внутривидовой борьбы Кропоткин перенес и на общественную жизнь. Наряду с этим он признавал, что как биологическая, так и социальная жизнь проникнута началом борьбы. Но социальная борьба плодотворна и прогрессивна только тогда, когда она помогает возникновению новых форм, основанных на принципах справедливости и солидарности. Сформулированный ученым закон взаимной помощи лег в основу его этического учения, которое он развил в своем незавершенном труде "Этика".

Петр Алексеевич Кропоткин

Культурология / Биология, биофизика, биохимия / Политика / Биология / Образование и наука
Основы психофизиологии
Основы психофизиологии

В учебнике «Основы психофизиологии» раскрыты все темы, составляющие в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования содержание курса по психофизиологии, и дополнительно те вопросы, которые представляют собой «точки роста» и привлекают значительное внимание исследователей. В учебнике описаны основные методологические подходы и методы, разработанные как в отечественной, так и в зарубежной психофизиологии, последние достижения этой науки.Настоящий учебник, который отражает современное состояние психофизиологии во всей её полноте, предназначен студентам, аспирантам, научным сотрудникам, а также всем тем, кто интересуется методологией науки, психологией, психофизиологией, нейронауками, методами и результатами объективного изучения психики.

Игорь Сергеевич Дикий , Людмила Александровна Дикая , Юрий Александров , Юрий Иосифович Александров

Детская образовательная литература / Биология, биофизика, биохимия / Биология / Книги Для Детей / Образование и наука