Regulatie van een afstand
Luisterend naar presentaties van onderzoekers die genregulatie in dierlijke cellen bestuderen had ik altijd het gevoel dat ik iets miste in planten. Omdat in dierlijke genomen, regulatie elementen, die genen vertellen wanneer ze aan moeten staan, best wel ver afliggen van het gen dat ze reguleren. Gen en hun corresponderende regulatie element kunnen met gemak miljoenen basen uit elkaar liggen.
Bij planten is dit niet het geval. Daar is de promoter, het stukje sequentie dat voor het gen zit en nodig is om het gen aan of uit te zetten, vaak relatief kort, hooguit een paar duizend basen. Nu laat een nieuwe studie “Two deeply conserved non-coding sequences control PLETHORA1/2 expression and coordinate embryo and root development” zien dat ook planten van die gen regulerende elementen hebben.
Om uit te vinden of planten gen regulator elementen, ook wel consereved non-coded sequences genoemd, bevatten, analyseerde een groep van Nederlandse en Amerikaanse onderzoekers in 120 planten stukken van 20 000 basen stroomopwaarts van PLETHORA genen. PLETHORA genen zijn master regulators in de planten ontwikkeling. En daardoor, behoorlijk geconserveerd tussen planten.
Nodig voor expressie
Twee stukken van DNA sprongen eruit. De eerste, BOX1 genaamd, ligt het dichts bij de start van het PLETHORA gen, en is ongeveer 90 bases lang. De tweede, BOX2 ligt zo’n 100 basen verderop en is ongeveer 60 basen lang. Beide stukken DNA zijn bijna identiek in de meeste geanalyseerde planten.
Om na te gaan of het inderdaad regulator elementen zijn, de onderzoekers deden was onderzoekers wel vaker doen. Ze verwijderde BOX1, BOX2 of allebei. Ze ontdekte dat beide stukken waren nodig om PLETHORA 1 en 2 aan te zetten. Daarnaast groeide de wortels van planter zonder BOX1 en/of BOX2 niet of nauwelijks. Duidelijk suggererend dat BOX1 en BOX2 nodig zijn voor fatsoenlijke expressie van PLETHORA 1 en 2, en voor wortel groei.
Vervolgens keken de onderzoekers waar in de wortel PLETHORA actief is, en hoe BOX1 en BOX2 dit beïnvloeden. Door PLETHORA te koppelen met een fluorescent eiwit zagen de onderzoekers dat in afwezigheid van BOX1 PLETHORA niet langer in de wortelgroeikern aanwezig is. Terwijl de afwezigheid van BOX2 ervoor zorgde dat PLETHORA niet langer in de vaatbundels aanwezig is. De onderzoekers zagen dit niet alleen in zaailingen maar ook in ontwikkelende embryo’s.
Betere toegankelijkheid
De volgende vraag die de onderzoekers wilde beantwoorden was natuurlijk: Hoe reguleren de BOX1 en BOX2 elementen de genexpressie? De eerste hint die de onderzoekers kregen was bij het kijken van hoe toegankelijk het DNA was. Hierbij vonden ze dat, specifiek in de groei kernen van de plant, BOX1 en in iets mindere mate BOX2 ervoor zorgde dat het DNA makkelijker te bereiken was. Dit suggereert dat er iets is dat ervoor zorgt dat het DNA te bereiken blijft, de meest logisch veroorzakers: transcriptie factoren, of met andere woorden gen regulators.
Een hint om welke gen regulators het kunnen zijn kregen de onderzoekers toen ze de sequentie avan BOX1 en BOX2 bestudeerde. Deze bleken patronen te bezitten die PLETHORA eiwitten binden. Ja, dat las je goed. De PLETHORA eiwitten binden aan de regulator elementen van hun eigen genen. Hierdoor creëren ze een zogenaamde auto-regulator feedback loop.
Nu is dit maar een studie waarbij al het bevestigende werk gedaan is in de lab rat onder de planten: Arabidopsis. Maar, het zal me niets verbazen als in aanvulling op de regulator patronen die gen regulatoren binden, planten genen ook van langere stukken regulator elementen hebben.
Literatuur
Kerstens, M., Boele, Y., Moralez-Cruz, A., Roelofsen, C., Wang, P., Baumgart, L.A, O’Malley, R., Sanchez-Perez, G., Scheres, B., Willemsen, V., Two deeply conserved non-coding sequences control PLETHORA1/2 expression and coordinate embryo and root development, Plant Communications (2025), doi: https://doi.org/10.1016/j.xplc.2025.101466.
Plant en Zo 