Metilação de DNA dirigido por RNA (RdDM):Funções na Biologia Vegetal e Aplicações
(RNA-directed DNA Methylation (RdDM): Functions in Plant Biology and Applications)
Dr. Michel Vincentz (CBMEG/Dpt. BV, IB/UNICAMP)
Symposium ILSI Brazil – BiotechnologyAPLICAÇÕES DAS TÉCNICAS DE MELHORAMENTO DE PRECISÃO (NBTs) NA AGRICULTURA. APPLICATIONS OF PRECISION BREEDING (NBTs) IN AGRICULTURE
Indaiatuba Brasil Setember 2016
Virus resistence – “Immun system”
C. Napoli, C. Lemieux and R. Jorgensen, 1990. The Plant Cell, Vol. 2, 279-289
Co-Suppression
CHS Quimérico
Endogenous CHS Gene
silenciamento- desligamento - inativação do gene?
Co-Suppression
CRAIG C. MELLO AND DARRYL CONTE JR (2004)
Revealing the world of RNA interference Nature 431,338
Fenômeno onde RNA df resulta na perda de expressão do
gene correspondente é chamado de RNAi
Nature 391, 806 - 811 (1998); doi:10.1038/35888
Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA
in Caenorhabditis elegans ANDREW FIRE*, SIQUN XU*, MARY K. MONTGOMERY*,
STEVEN A. KOSTAS*†, SAMUEL E. DRIVER‡ & CRAIG C. MELLO‡ Caenorhabditis elegans
GFP ds RNA
RNAi
Hamilton AJ and Baulcombe DC (1999)
A species of small antisense RNA in
posttranscriptional gene silencing in plants.
Science 286, 950
Dicer
Argonaute
dsRNA
RNAi
dsRNA
RdDM - RNA-directed DNA Methylation ~ RNAi-mediated Chromatin Modification
Evolved as a genome immun system against Transposable Elements / Transposons
Genome Genes TE%
Hs 3000 Mb 25.000 50%
Ce 100 20.000 12%
Dm 120 14.000 15%
Sc 0,013 6.000 3%
At 120 28.000 10%
Os 400 42.632 30%
Zm 2400 32.000 85%
Ta 16.000 ? 80%
Lippman Z and al. 2004 Nature
Roudier et al., Trends in Genetics doi: 10.1016/j.tig.2009.09.013
euchromatin
Epigenética“ Estudo das mudanças da atividade do gene (Ligado vs Desligado) que não sejam relacionadas a alterações da sequencias de DNA e que são herdadas na mitose (e meiose) e são diretamente relacionadas a marcas epigenéticas”
->Tem conseqüências fenotípicas
euchromatin heterochromatin
Martin et al., 2009 Nature
Nature Reviews Genetics 14, 49-61 (January 2013) | doi:10.1038/nrg3374
Lisch D
Manning et al., ature Genetics 38, 948 - 952 (2006)Published online: 9 July 2006; | doi:10.1038/ng1841
TE são mutagênicos e precisam ser controlados mas também podem ser uteis gerando novidades genéticas evolutivamente os genomas aprenderam a controlar sem eliminar os TE estabelecendo um balanço
Maintenanceof Silencing
Nuclear Pathway ~RdDM ~RNAi-mediate chromatin modification
Transposons
Argonaute Argonaute
Argonaute
Establishment
R. Keith Slotkin and Robert Martienssen NATURE REVIEWS | GENETICS VOLUME 8 | APRIL 2007 | 273
Biotecnologia – Uso do RNA-directed DNA methylation (RdDM)
A entrega em células de plantas de RNA df correspondente a um gene / promotor de um
gene pode induzir a metilação das sequências homólogas no genoma
promovendo assim a inativação /silenciamento do gene sem alterar a sua sequência.
A expressão do gene é modificada epigenéticamente
euchromatin heterochromatin
Baulcombe seminar
A questão importante é o quanto a modificação epígenética vai ser herdada de maneira estável Dependente da eficiência da manutenção das marcas epigenéticas
KanKana R
Mette M et al. (2000) Transcriptional silencing and promotor methylation triggered by double-stranded RNAEMBO J 19, 5194
Aufsatz W et al., 2002 HDA6...EMBO J 21, 6832
KanKana R
Transformação Cruzamento
Promover a mudanças epigeneticas que inativa o gene de interesse a traves do processo de RdDMNão implica alterações da sequência de DNA e o gatilho inicial pode ser eliminado (i.e., segregação)
Manutenção eficiente das marcas epigenétcas a traves das gerações pode ser um fator limitante (i.e., estresse do ambiente podem modular o processo de manutenção das marcas)
Inativação indesejadas em outros loci com sequência aparentadas (similaridade)
Mudança epigenética com metilação são mais complexa de ser detectadas
(análise funcional de genes)
