Pflanzengenome sind voller „springender Gene“, die sich kopieren und an anderen Stellen im Genom einfügen können. Werden diese sogenannten Transposone unkontrolliert aktiv, so schädigen sie das Genom. Um die „Unruhestifter“ zum Schweigen zu bringen, greifen Pflanzen auf die Epigenetik zurück: Chemische Markierungen auf der DNA wirken dabei wie Schalter, die festlegen, welche Gene aktiv bleiben und welche deaktiviert werden. So werden Transposone effektiv stillgelegt und am Springen gehindert. Wie Pflanzen diese Markierungen jedoch bei jeder Zellteilung erhalten, blieb bislang ein Rätsel.
Neue Forschungen unter der Leitung von Pierre Bourguet und unterstützt von Frédéric Berger am GMI – Gregor-Mendel-Institut für Molekulare Pflanzenbiologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) haben in Zusammenarbeit mit der Kyushu-Universität nun einen entscheidenden neuen Akteur in der pflanzlichen Epigenetik identifiziert: ein bislang unbekanntes Protein namens CDCA7, das die Forschenden in ihrer Publikation im Fachjournal „Nature Plants“ beschreiben.
Dream-Team der DNA
Unterschiedlichste epigenetische Markierungen schrieb man bisher einem Protein namens DDM1 zu. Doch es war unklar, wie und wann DDM1 die jeweilige Art der Markierung anwendet. Hier kommt nun das neu beschriebene CDCA7 ins Spiel: „Wenn DDM1 gemeinsam mit CDCA7 arbeitet, konzentriert es sich, wie wir zeigen konnten, auf eine ganz bestimmte Markierung zur Stilllegung von Genen“, erklärt Pierre Bourguet. „Für andere Aufgaben und Markierungen arbeitet DDM1 vermutlich mit anderen Partnern zusammen“, so der Pflanzenforscher weiter.
Vielfalt als Anpassungsstrategie
Über CDCA7 fanden die Forschenden noch mehr heraus. So beeinflusst das neu untersuchte Protein, wie die jeweilige Pflanze mit derartigen Markierungen arbeitet. Je aktiver CDCA7 ist, desto stärker werden unerwünschte Gene unterdrückt. „Natürliche Variationen im CDCA7-Gen wirken wie ein Regler“, erklärt Pierre Bourguet. „So können verschiedene Pflanzenpopulationen ihre Abwehrmechanismen feinjustieren und ihr Genom vor der inneren Bedrohung durch springende Gene verteidigen.“
Diese Unterschiede hängen mit wichtigen Eigenschaften für die Fortpflanzung zusammen: Sie wirken sich etwa auf die Samengröße aus, die für das Überleben von Pflanzen unter extremen Umweltbedingungen entscheidend ist. So könnte CDCA7 eine wichtige Rolle dabei spielen, dass sich Pflanzenpopulationen über epigenetische Variation an ihr lokales Klima und ihre Umweltbedingungen anpassen, sind die Forschenden überzeugt.
Publikation
Pierre Bourguet, Zdravko J Lorkovic, Darya Kripkiy Casado, Valentin Bapteste, Chung Hyun Cho, Anna Igolkina, Cheng-Ruei Lee, Magnus Nordborg, Frédéric Berger, Eriko Sasaki. Major alleles of CDCA7 shape CG methylation in Arabidopsis thaliana. Nature Plants DOI: 10.1038/s41477-025-02148-w