Белки-упаковщики хромосомной ДНК позволяют оценивать растениям длительность холодов, чтобы определить, когда можно цвести. Эта информация не записывается в самой ДНК, но может быть передана потомкам.

Учёным давно известен феномен «биологической памяти», когда изменения в условиях окружающей среды «запоминаются» на протяжении нескольких поколений, но без поправок в последовательности генов. Например, можно значительно повысить риск возникновения сердечно-сосудистых заболеваний и диабета на протяжении двух поколений детей, если держать их родителей на определённой диете. Точно так же у растений после долгой зимы сдвигается время цветения и плодоношения, и этот сдвиг может переходить от «отцов» к «детям» и «внукам».

Феномен передачи информации между поколениями, не предполагающей изменений в ДНК-последовательности каких-либо генов, получил название эпигенетического наследования.

Исследователи из Совета по биологическим и биотехнологическим исследованиям (Великобритания) использовали в своей работе как раз растительную модель эпигенетической памяти, чтобы узнать, какие механизмы лежат в её основе. Один из главнейших инструментов эпигенетических процессов — это белки гистоны, которые работают упаковщиками-архиваторами ДНК в хромосоме. Гистоны определяют качество и степень упаковки генетической информации, от чего напрямую зависит активность того или иного гена: если ДНК с последовательностью этого гена плотно упакована, то ген неактивен, информация с него не считывается.

Учёным удалось найти ген FLC, от которого у модельного Arabidopsis thaliana зависит время задержки цветения в случае слишком долгой зимы. Согласно построенной математической модели, которая потом подтвердилась экспериментально, в каждой отдельной клетке этот ген находится в одном из двух состояний: он либо включён, либо выключен. Чем дольше холода, тем большее количество клеток выключают этот ген, и тем позже растение начнёт цвести.

Включение-выключение FLC, в свою очередь, определяется модификацией гистонов, которые сидят на ДНК в непосредственной близости от гена. Холода стимулируют метилирование одного из гистоновых белков по аминокислоте лизину. Модифицированный гистон плотнее «архивирует» участок ДНК с геном FLC, и чем дольше стояла холодная погода, тем в большем числе клеток прошла такая модификация. При этом инструкция к более плотной упаковке может быть передана клетке-потомку, в том числе и половой клетке. Подробно результаты исследований описаны в журнале Nature.

Эта работа, по словам коллег британцев, демонстрирует продуктивность синтеза биологических, физических и математических методов в изучении сложных проблем современной биологии и позволяет ещё на шаг приблизиться на молекулярном уровне к пониманию взаимоотношений между организмом и окружающей средой.