Епигенетика и епигеномика

Eпигенетика je динамична и добро успостављена грана генетике која проучава насљедне промјене у експресији и функцији гена које не укључују промјене у секвенци ДНК.

Епигеномика је проучавање комплетног низа епигенетских модификација на геному.

Епигеном је скуп информација садржан у хроматину који утиче на транскрипцију.

Појам епигенетика (од гр. epigenesis – изнад гена) је у науку 1942. године увео ембриолог и еволуциони биолог Конрад Вадингтон како би описао интеракције гена и њихових производа којима се образује фенотип.

Глобалне климатске промјене су посљедица сложених абиотичких и биотичких процеса и огледају се кроз статистички значајне промјене климатских параметара.Истраживања су показала да сукцесивни догађаји суше покрећутрајне промјене у реакцијама биљака у смислу да претходни стресни догађаји могу припремитибиљку за превладавање сљедећих неповољних услова, стварајући неку врсту биљне меморије наове поремећаје. Ово се „памћење“ стреса може развити у различитим животним фазама, аповезано је с промјенама у физиолошким и молекуларним процесима биљака (Neves et al., 2017).

Епигенетска регулација има кључну улогу у механизмима биљног одговора на услове спољне средине, без промјене ДНК секвенце.

Различити стресови дјелују као подстицај и мијењају ниво генске експресије помоћу:

• метилације ДНК;
• модификације хистона;
• дјеловања микро РНК;
• активности транспозона и
• репресијског поликомб-комплекса.

Проучавањемепигенетичких промјена повећавамо разумијевање прилагођавња биљака на стресне услове имеханизмa на којем се она темељи.

Научна истраживања из области епигенетике показују да средина и те како може утицати на то како се и у коликој мјери гени читају. Дуго се доводило у питање да ли особине биљке зависе од генетике или и од околине у којој се узгаја та биљка.

• Епигенетички механизми су посредник између гена и животне средине.
• Епигенетичка информација је флексибилна и реверзибилна.
• Уколико је одређени фактор спољне средине сигнал за промјену одређене епигенетичке информације, доћи ће до промјене у ескпресији одређених гена,а након престанка дјеловања тог фактора првобитно стање се може поново успоставити.
• Епигенетичке информације се могу пренијети и у сљедећу генерацију.
• Епигенетска разноликост утиче на фенотипску разноликост.
• Епигенетске модификације су под директним утицајем фактора спољне средине.

Епигенетске модификације нису карактеристичне само за соматске ћелије, већ се може догодити да оне заврше и на полним ћелијама, а тиме постоји могућност да се пренесу и на потомке па тада настаје трансгенерацијско епигенетско насљеђивање.

Епигенетики механизми у биљкама дјелују на развој сјемена, вегетативни раст, сазријевање плодова, реаговање на подстицаје из околине, реаговање на биотички и абиотички стрес и стварање насљедних епиалела. Епиалели су насљедни алели који су епигенетски модификовани.

Епигенетика би могла да подстакне оплемењивање биљака селекцијом повољних епигенетских стања, стварањем нових епиалела и регулацијом експресије трансгена. Развој нових алата омогућиће истраживачима приступ и квантификовање постојећих епигенетских варијација које доприносе важним особинама попут дисања и ефикасности коришћења енергије, а посебно агрономским особинама као што су принос и квалитет сјемена.

Oчување биодиверзитета, као почетног материјала за оплемењивање биљака у све већем je фокусу савремених научних истраживања. Огромно генетичко богатство које се чува у банкама гена добија економски значај само онда када се правилно користи, а један од тих начина је идентификација потенцијално корисних гена, тј. проналажење супериорних генотипова који посједују висок потенцијал за принос, отпорност на болести и штеточине, већу толерантност на абиотички стрес или бољи нутритивни састав. 

Пример успјешног епигенетског оплемењивања приказан је повећањем приноса врсте Brassica napus селекцијом кроз компоненту епигенетске енергетске ефикасности (ЕУЕ).

Такође, будућа примјена епигенетике могла би се заснивати на епигенетским рекомбинацијама инбред линија, као у примјеру арабидопсиса (Arabidopsis thaliana), инхибицији ДНК метилације код риже (Oryza sativa) или открићу система MSH1 код парадајза (Solanum lycopersicon) и соје (Glycine max). 

О СОST акцији CA19125

СОST Action CA19125 - EPIgenetic mechanisms of Crop Adaptation To Climate cHange (EPI-CATCH) 

Главни циљ ове акције је да значајно допринесе:

1. Промовисању улагања у истраживања из области епигенетике / епигеномике биљака.
2. Стицању увида у разумијевање хетерогене и сложене природе биљних епигенетичких механизама.
3. Пружању нових открића у овој недовољно истраженој области. 

Трајање акције: 2020-2024

Учесници акције: 43 институције из 22 државе 

Изазови и очекивања:

1. Дефинисање стандарда, протокола, токова рада и најбоље праксе за лабораторију, in silico анализу података и интеграцију података у епигенетици биљака кроз приступ курације заснован на заједници у којем ће сваки партнер подијелити своје податке, знање и искуство у овој области.
2. Ажурирање знања и дефинисање стандарда у тренутној међународној истраживачкој активности која се бави молекуларном адаптацијом усјева на климатске промене.
3. Промовисање заједничке стратегије за објављивање прихватања предложених стандардизованих формата података добијених у области епигенетике / епигеномике биљака.
4. Ширење ових стандардизованих приступа и методологије не само класичним путевима (публикације, усмене презентације) већ и обуком и практичним сесијама за докторанте и младе истраживаче.
5. Пренос знања и методологија у епигенетским / епигеномским истраживањима са модел биљака на остале усјеве и живе организме.
6. Промовисање будућег развоја молекуларних алата (епи-молекуларни маркери, боље прилагођене сорте, сухе и мокре методе) за заинтересоване стране (узгајиваче, агроиндустрију и биотехнолошке компаније). 

O пројекту подршке СОST акцији CA19125

Епигенетички механизми прилагођавања усјева на климатске промјене: подршка СОST акцији CA19125- EPIgenetic mechanisms of Crop Adaptation To Climate cHange (EPI-CATCH) 

Циљ овог пројекта је дефинисање, развој, генерисање и размjена најновијих сазнања  и методологија за испитивање епигенетичких механизама који утичу на прилагођавање биљака на факторе стреса под утицајем климатских промјена. Постојеће технологије у пољопривреди, као и модерне технике у оплемењивању биљака настоје омогућити високе приносе и интензитет производње. Генетска разноврсност, односно генетички ресурси које бисмо могли употријебити за развој нових, отпорнијих сорти, могла би бити кључна за остваривање ефикасније пољопривредне производње.

Имплементација пројекта ће се спроводити у оквиру сљедећих активности: побољшање знања у епигенетици/епигеномици кроз више програма стручне обуке младих научника и истраживача, промоције развоја и значаја нових биотехнолошких метода и иновација у области пољопривреде  кроз публикације, презентације као и онлајн промоција на интернет страници на којој ће бити доступне информације о пројектним активностима али и самој епигенетици/епигеномици с обзиром на малу доступност информација о наведеној области. 

Финансијер пројекта: Министарство цивилних послова Босне и Херцеговине

Трајање пројекта: 01.01.2021. - 31.12.2021.

Носилац пројекта: Институт за генетичке ресурсе, Универзитет у Бањој Луци

Руководилац пројекта: доц. др Мирела Кајкут Зељковић

Пројектни тим:       

• доц. др Марина Антић
• доц. др Санда Станивуковић
• доц. др Јелена Никитовић
• Тања Крмпот, ма, виши асистент
• Соња Рашета, ма

Кориштене референце:

Grant-Downton, R.T., Dickinson, H.G. (2005): Epigenetics and its implications for plant biology. The epigenetic network in plants. Annals of Botany, 96 (7), p. 1143-1164. DOI: doi.org/10.1093/aob/mci273.

Neves, M., D., Almeida, L., A., Santana-Vieira, D., D., S., Freschi, L., Fortes Ferreira, C., Filho, W., S., Cardoso-Costa, M., G., Micheli, F., Filho, M., A., C., Gesteira, A. (2017): Recurrent water deficit causes epigenetic and hormonal changes in citrus plants. Nature, 7: 13684. DOI:10.1038/s41598-017-14161-x.

Novak, A. (2020): Genetika i epigenetika kao izvor neplodnosti čovjeka. Diplomski rad. Sveučilište u Zagrebu, Medicinski fakultet.

Rajnović, T., Vokurka, A., Bolarić, S. (2020): Epigenetics in plant breeding. Journal of Central European Agriculture, 21(1), p.56-61. DOI: /10.5513/JCEA01/21.1.2765.

Trošelj, K. G., Kujundžić, R. N., Grbeša, I. (2009): Epigenetika i fiziologija gena. Medicina, 45(2), p. 127-135.

https://www.cost.eu/cost-action/epigenetic-mechanisms-of-crop-adaptation-to-climate-change/#Management%20Structure

https://www.epicatch.eu/