Dr. Michel Vincentz
(CBMEG/Dpt. BV, IB/UNICAMP/ mgavince@unicamp.br)
IV Congresso Brasileiro de Recursos Genéticos Curitiba Novembro 2016
Epigenética e suas implicações para
o uso dos recursos genéticos
(Importância das mudanças epigenéticas / epimutações
na variabilidade natural – na adaptação e evolução)
Ambiente, desenvolvimento fisiologia e outros fatores
Variação Genômicas (DNA) Epigenoma (marcas epigenéticas) Diversidade Fenotípica (Adaptação e Evolução)
Ligar e desligar gene
Como a identidade uma vez estabelecida é mantida/ Memória da Identidade? Processos Epigenéticos / Marcas Epigenéticas
Epialelo
Mamiferos 70/80% CG metilados (CG islands unmethylated) / Arabidopsis thaliana 30% C metilados contexto CHH (73%/22%) ; CHG (15%/23%); CG (13%/55%)
-CG- -GC-
Hardware
Software
O genoma vai ser organizado em setores ou trechos com perfis epigenéticos diferenciados que vão definir a estrutura da cromatina e a atividade gênica
Efeito Epigenético Adaptativo
Adaptação: Uma mudança fenotípica que é benéfica para o sucesso reprodutivo do organismo
Martin et al., 2009 Nature
Mecanismo de Defesa do Genoma contra Transposons
Mudança epigenenética herdada que contribua para varaiabilidade
fenotípica
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
Maintenance of Silencing
Nuclear Pathway ~RdDM ~RNAi-mediate chromatin modification
Transposons
Argonaute Argonaute
Argonaute
cycloidea gene - Linaria vulgaris
Natural epiallele, independent of DNA sequence change
Cubas et al. Nature 1999
ACCGCG M M
ACCGCG
AAAAA
Se comporta como um alelo clássico mas instabilidade somática
Rate of spontaneous epimutations under uniform controlled
growth conditions
Schmitz et al., 2011 Science Becker et al., 2011 Nature Methylome - profile of mCG -SMP
Epimutation rate
4.46 × 10−4 methylation polymorphisms
per CG site per generation
Mutation rate
7 × 10−9 base substitutions per site per generation
(1 SNP /genome/ generation)
differentially methylated regions (DMRs) not due to DNA sequence variation
QQS
QQS is a de novo originated gene regulated by DNA methylation
CACTA-like-TE QQS Non-LTR TE 6% 81% 13%Can QQS contribute to adaptive responses ?
Li et al., 2009 Plant J
Increased starch content in leaves (20-30%)
Reduced starch content in leaves (8-20%)
Seo et al., 2011 Nat Comm
Zebulun W. Arendsee e al. Trends in Plant Science November 2014, Vol. 19, No. 11
Epigenetic variation being more frequent, may allow to adjust rapidly and reversibly the expression pattern until the most adaptive epigenetic state becomes fully stabilized through DNA sequence changes (i.e. genetically assimilated)
~Would be a way to explore the expression landscape Evolutionary forces would favor the capacity to maintain increased epigenetic variability which could match
specific environmental alterations
LSG – 21% are likely to be under epigenetic control Conserved - 5.8%
->DMRs / variação epigenética, são herdadas de maneira estável e atuam como QTL epigenéticos independentemente de mudanças de seqüência de DNA
Cortijo, S. et al. Mapping the epigenetic basis of complex traits. Science http://dx.doi.org/10.1126/science.1248127 (2014)
-> epialleles contribute to the heritability of complex traits and therefore provide a substrate on which Darwinian evolution may act
AND IN NATURE?
Genoma and Methylome for 152 accessions In total, 40,269 CG-DMRs (average size of 321 bp) enriched in gene bodies and depleted in transposons / 13,485 C-DMRs (average size of 221 bp) enrichment in transposons and depletion in genes (structural variations ~17% of the C-DMRs and linkage disequilibrium revealed that C-DMRs may be due, in part, to local genetic variants).
->Patterns of DNA methylation at regions within both genes and transposable elements vary extensively within and among natural Arabidopsis populations.
However, the potential effects of this epigenetic variation on fitness and local adaptation
remain unclear- Schmitz et al. 203Nature doi:10.1038/nature11968
About 30% (130) of the induced heritable DMRs that were identified in the epiRILs overlap with naturally occurring DMRs
Ambiente, desenvolvimento fisiologia e outros fatores
Variação Genômicas (DNA) Epigenoma (marcas epigenéticas) Diversidade Fenotípica (Adaptação e Evolução) Polimorfismo Genético ->Maquinaria epigenética -> Estruturais
~ 1000 genomas e epigenomas de worldwide A.thaliana inbred lines Kawakatsu et al. 2016 Cell 166, 492-505
