Genomik retrotranspozonların epigenetik aktivasyonu

Abstract

Retrotransposons outnumber the genes in large plant genomes, thereby comprising the bulk of the genome. They are largely quiescent during development, but become more active under stress conditions. These elements spread throughout the genome by a process termed retrotransposition, which includes transcription of an element into RNA, reverse transcription into cDNA, and reinsertion of the copied element into a new genomic location. Biotic and abiotic stresses are regular phenomena facing plants. Likewise, both retrotransposons and retroviruses can be stress-activated. Activation of retrotransposable elements can be induced by various stresses. In particular, long terminal repeat (LTR) retrotransposons, which were found in most plant species, are characterized by a high level of variability in the LTR sequences involved in transcription, and have evolved by gaining new expression patterns mostly associated with responses to diverse stress stimuli. Most of the plant LTR retrotransposons produce larger pools of transcripts in response to biotic and abiotic stress. Recently it was shown that the epigenetic activation of these mobile elements alters the expression of adjacent genes. The new insertions in or next to coding regions generate mutations that can lead to changes in gene expression and reshape the genome, both structurally and functionally. Thus, activation of LTR retrotransposable elements can play an essential role in plant development and evolution.

Özet

Retrotranspozonlar büyük bitki genomlarındaki genlerden sayıca fazladırlar, bu yüzden de genomun önemli bir bölümünü oluştururlar. Gelişim sürecinde çoğu zaman etkisiz olup, stres koşullarında etkin hale geçerler. Bu öğeler; RNA transkripsiyonu, cDNA ters transkripsiyonu ve kopyalanmış parçanın genomda yeni bir konuma yeniden eklenmesi aşamalarından oluşan retrotranspozisyon işlemi sayesinde genom boyunca yayılmışlardır. Biyotik ve abiyotik stresler bitkilerin sıkça karşılaştıkları durumlardır. Aynı şekilde, hem retrotranspozonlar hem de retrovirüsler stres yoluyla etkin hale geçebilirler. Retrotranspozlanabilir elementlerin aktivasyonu çeşitli stresler tarafından gerçekleştirilebilir. Özellikle birçok bitki türünde bulunan uzun uç tekrarlı (LTR) retrotranspozonlar, transkripsiyonda rol oynayan LTR dizilerindeki yüksek değişkenlik derecesi ile karakterize edilirler ve farklı stres uyarılarına cevap vermekle ilişkili yeni ekspresyon şekilleri kazanarak evrimleşmişlerdir. Bitki LTR retrotranspozonlarının birçoğu, biyotik ve abiyotik stres uyarılarına cevap olarak daha geniş transkript havuzları üretirler. Yakın bir zaman önce, bu hareketli elementlerin epigenetik aktivasyonunun bitişik genlerin ekpresyonunu etkilediği ortaya çıkartılmıştır. Kodlayan bölgelerde ya da yakındaki bir bölgedeki yeni dizi eklenmeleri, gen ifadesini değiştirecek ve genomu hem yapısalhem de işlevsel olarak yeniden yapılandıracak mutasyonlara sebep olmaktadır. Bu yüzden, LTR retrotranspozlanabilir elementlerin aktivasyonu bitki gelişimi ve evriminde önemli bir rol oynayabilir.