זיכרון גנטי בערבון מוגבל

כשיצור ביולוגי מעמיד צאצאים, הזיכרון הגנטי שנמצא בחומר התורשתי שלו עובר, במדויק ככל האפשר, לדור הבא. לקוד הגנטי מתווספים מנגנוניםאפיגנטיים, כלומר מולקולות שמשפיעות על האופן שבו גֵנים ב-DNA יופעלו, בהתאם לצרכי הצמח ולתנאי הסביבה. מחקר חדש חושף שבניגוד לקוד הגנטי, שחיוני שיעבור לדור הבא בצורה מדויקת, צמחים מוחקים מה-DNA באבקנים שלהם חלק מההתאמות האפיגנטיות שנוצרו בהם לאורך השנים.

לכל תא ביצורים רב-תאיים יש תפקיד ייחודי, וכך גם לצמחים. לדוגמה, חלק מתאי הצמח אמורים להרכיב את עלי הכותרת ולפרוח בעונת הפריחה, ואחרים יוצרים שורשים ויודעים לספוח מים מהאדמה. ההבדלים בהתמחות של כל תא ותא נובעים מהשפעות אפיגנטיות, שבנוסף להכתבת התפקוד שיקבל לעצמו כל תא גם מאפשרות לצמח להתאים את עצמו לשינויים בתנאי הסביבה.

ההתאמות האפיגנטיות אינן משפיעות על הקוד הגנטי עצמו, אלא על מולקולות אחרות שמעורבות בתהליך יצירת החלבונים. שינויים אפיגנטיים רבים מתרכזים בכרומטין התא, המורכב מ-DNA – הקוד הגנטי – הכרוך סביב חלבונים בשם היסטונים הפזורים לכל אורכו. התא מסוגל לווסת את העוצמה שבה ה-DNA נכרך סביב כל היסטון, כך שגֵנים (ההוראות השמורות בקוד התורשתי) שנמצאים באזורים ההדוקים יותר יתקשו יותר לבוא לידי ביטוי, כיוון שיהיו נגישים פחות למנגנוני התא שמתרגמים את הקוד הגנטי לחלבון.

שינויים אפיגנטיים רבים מתרכזים בכרומטין. מולקולות DNA, בכחול, כרוכות סביב ההיסטונים, באדום | Equinox Graphics, SPL

סביבה חדשה

H3K27me3 הוא שמה של התאמה אפיגנטית נפוצה, שמעצימה את כריכת ה-DNA סביב היסטונים. בדרך הזאת צמחים קובעים באילו גנים הם ישתמשו ומתי. לדוגמה, כשתנאי מזג האוויר מתאימים לפריחה, מתרחש שינוי בהיסטון מסוים שנמצא ליד גֵן שתפקידו למנוע פריחה, והוא מקשה על הגֵן הזה לפעול. כך הצמח יכול לפרוח בתקופה המתאימה. 

במחקר החדש מצאו החוקרים שבניגוד לשכיחות הגבוהה של היסטוני H3K27me3 בצמחים בוגרים, הם לא נמצאים באבקנים – תאי המין הזכריים של הצמח. הם הסבירו כי לתופעה עשויה להיות חשיבות אקולוגית והתפתחותית עבור הצמח. במישור האקולוגי, האבקנים של צמחים רבים יכולים לנדוד מרחק רב ברוח לפני שיפגשו תאי מין נקביים ויפרו אותם. התנאים שבהם ייתקל הזרע שייווצר מההפריה הזאת עשויים להיות שונים מאוד מאלה ששררו בסביבה שהאבקן הגיע ממנה. לכן אין פלא שהצמח מקפיד להעביר את כל המידע הגנטי לאבקן, אך מעדיף למחוק את הזיכרון האפיגנטי המושפע מתנאי הסביבה.

נוסף על המשמעות האקולוגית, החוקרים מציינים שיש גם חשיבות להסרה המכוונת של היסטונים עם ההתאמה האפיגנטית מהחומר התורשתי השמור בתא המין של הצמח. חלק מההיסטונים הללו בתא הצמח הבוגר נמצאים סמוך לגֵנים שחשובים להתפתחות הזרע. הצמח הבוגר אינו זקוק להם יותר ולכן בוחר לנטרל אותם על ידי ההתאמה האפיגנטית.  כשהצמח מגיע לבגרות מינית ומייצר אבקנים, הוא מסיר את המחסומים האפיגנטיים מה-DNA של תאי המין, וכך מאפשר לזרע העתידי להשתמש באין מפריע בגֵנים החיוניים להתפתחותו לצמח בוגר.      

איפוס כזה של זיכרון אפיגנטי היה ידוע כבר זמן רב בבעלי חיים, אך לדברי החוקר הראשי, פרדריק ברגר, המחקר הנוכחי הוא אחד מהראשונים שמצא את אותו מנגנון בצמחים, ולא רק בבעלי חיים. הממצאים החדשים פותחים צוהר לאופן שבו  צמחים ובעלי חיים עושים שימוש בהיסטונים כדי לווסת לא רק את ה-DNA של עצמם, אלא גם את זה של צאצאיהם.