Jak epigenetyka wpływa na odpowiedzi środowiskowe

Warunki te obejmują wysoką temperaturę gleby, nadzwyczaj wysoki poziom dwutlenku węgla (CO2), niedobór tlenu i wysoką biodostępność metali. Takie stresujące środowisko byłoby letalne dla większości organizmów, w związku z tym członkowie finansowanej przez UE inicjatywy badali L. rubellus, aby określić, jak gatunek ten może tolerować tego typu otoczenie.

Uczestnicy projektu EPIWORM (Finding the ghost in the genome: Assessing the contribution of epigenetics to environmental plasticity in the soil sentinel Lumbricus rubellus) badali zmiany epigenetyczne spowodowane przez narażenie na zanieczyszczenia środowiskowe. Członkowie konsorcjum mieli nadzieje określić, czy w populacji dżdżownicy kontrola genetyczna jest dodatkowym mechanizmem regulacji odpowiedzi genomu.

Partnerzy projektu założyli, że stresory środowiskowe w formie zanieczyszczeń bezpośrednio wpływają na ekspresję określonych genów. Wynikiem jest zwiększona plastyczność fenotypu i podstawy mechanistyczne odpowiedzi organizmu na indukujące stres bodźce przyczynowe.

Wybrano dwa miejsca na wyspie São Miquel. Pierwszym jest Furnas, które charakteryzuje się największą aktywnością wulkaniczną w całym archipelagu Azorów, a drugim Macela, gdzie brak jest takiej aktywności. Stężenia metali są podobne w obu miejscach, natomiast gleba w Furnas ma dodatkowo wysoką temperaturą, względny niedobór tlenu, ekstremalnie wysoki poziom CO2 i związaną z tym kwasowość.

Naukowcy zmapowali zmiany epigenetyczne poprzez immunoprecypitację zmetylowanego DNA z próbek sproszkowanych dżdżownic. Stanowi to pierwszy opis wzorców metylacji u tych organizmów.

Dane doprowadziły do stworzenia oprogramowania do szybkiego przeprowadzania analiz badawczych dużych zestawów danych epigenetycznych. Naukowcy przygotowali biblioteki do sekwencjonowania małych RNA i po raz pierwszy zbadali mikroRNA (miRNA) dżdżownicy Amynthas gracilis. miRNA okazało się istotne dla przystosowania się do warunków wulkanicznych, jak również pełni ono specyficzne dla tej populacji funkcje regulacyjne.

Naukowcy, poprzez sekwencjonowanie RNA, zbadali również czasowy związek modyfikacji epigenetycznych z loci o zmienionej ekspresji. Ujawniło to liczne szlaki związane z przetrwaniem w środowisku o wielu steresorach, w tym geny związane z odpowiedzią organizmu na niedotlenienie, hiperkapnię, ciepło i metale.

Uczestnicy projektu EPIWORM badali również naskórek dżdżownic z gleb wulkanicznych i niewulkanicznych, aby poznać czynnościową zależność fenotypu od epigenetyki. Wyniki pokazały, że epigenetyczna odpowiedź dżdżownic na zmiany polega na regulacji zmian w ekspresji genów, jak i modyfikacjach podstawowej sekwencji jako wyniku przystosowania.