[Epigenetic mechanisms of sexual reproduction in Angiosperms]

Postepy Biochem. 2022 Feb 14;68(1):57-79. doi: 10.18388/pb.2021_418. Print 2022 Mar 31.
[Article in Polish]

Abstract

Epigenetic mechanisms, such as DNA methylation, RNA interference, posttranslational histone modifications and rearrangements of chromatin structure play an important role during genome reprogramming in both animals and plants. The correct epigenetic pattern of eu- and heterochromatin marks allows for maintaining chromatin in an active or transcriptionally silenced state. In the life cycle of angiosperms, epigenetic mechanisms participate in genome reprogramming during: 1) differentiation of sporophyte cells into spore mother cells (SMC) that undergo meiosis, 2) development of female and male gametophytes, within which the gametes differentiate and 3) after double fertilization during the embryo and endosperm development. SMC speciation and control of meiosis, followed by reprogramming of the sperm cells and egg cell genome, are non-cell-autonomous and require RdDM pathway. These processes involve companion cells, which produce „mobile” siRNAs signal molecules. Epigenetic control of gene expression through siRNAs also participates in maintenance of gametes and embryo genome integrity and in the parental imprinting.

Mechanizmy epigenetyczne, takie jak metylacja DNA, interfencja RNA oraz potranslacyjne modyfikacje histonów i rearanżacje struktury chromatyny, odgrywają istotną rolę w procesach reprogramowania genomu zarówno zwierząt, jak i roślin. Prawidłowy epigenetyczny wzorzec markerów eu- i heterochromatynowych pozwala bowiem na utrzymanie chromatyny w stanie aktywnym lub transkrypcyjnie wyciszonym. W cyklu życiowym roślin okrytozalążkowych mechanizmy epigenetyczne uczestniczą w reprogramowaniu genomu podczas: 1) różnicowania komórek sporofitu w komórki macierzyste spor (KMS), które przejdą podział mejotyczny, 2) rozwoju żeńskiego i męskiego gametofitu, w którym wyróżnicują się gamety, 3) po procesie podwójnego zapłodnienia podczas rozwoju zarodka i bielma. Specjacja KMS i kontrola mejozy, a następnie reprogramowanie genomu komórek plemnikowych i komórki jajowej, nie są autonomiczne i odbywają się na drodze RdDM. W procesy te zaangażowane są komórki towarzyszące, które produkują "mobilne" sygnały w formie siRNA. Epigenetyczna kontrola ekspresji genów z udziałem siRNA uczestniczy także w utrzymaniu integralności genomu gamet i zarodka oraz nałożeniu imprintingu rodzicielskiego.

MeSH terms

  • Animals
  • Chromatin
  • DNA Methylation
  • Epigenesis, Genetic
  • Magnoliopsida* / genetics
  • Reproduction / genetics

Substances

  • Chromatin