Белок мха исправляет генетические дефекты других растений

Почти все наземные растения используют армию молекулярных редакторов, которые исправляют ошибки в своей генетической информации. Совместно с коллегами из Ганновера, Ульма и Киото исследователи из Боннского университета в настоящее время перевели один из этих корректоров из моховых патчей Physcomitrium (ранее известных как Physcomitrella patens) в цветущее растение. Удивительно, но он выполняет свою работу там так же надежно, как и в самом мхе. Стратегия может быть пригодна для более детального изучения некоторых функций энергетического обмена растений. Это также может быть полезным для разработки более эффективных культур.

Растения отличаются от животных тем, что способны к фотосинтезу. Они делают это в специализированных «мини-органах» (биологи говорят об органеллах), хлоропластах. Хлоропласты производят сахар с помощью солнечного света, который, в свою очередь, используется в других органеллах, митохондриях, для производства энергии.

И хлоропласты, и митохондрии имеют свой генетический материал. И в обоих из них этот геном содержит много ошибок.

«По крайней мере, так обстоит дело почти со всеми наземными растениями», - объясняет доктор Марейке Шалленберг-Рюдингер. Исследователь возглавляет младшую исследовательскую группу в Университете Бонна на кафедре молекулярной эволюции под руководством профессора Фолькера Кнупа. «Они должны исправить эти ошибки, чтобы их источник питания не сломался».

На самом деле, наземные растения делают то же самое и очень сложным образом: они не исправляют ошибки в самом геноме. Вместо этого они исправляют копии РНК, которые клетка делает из этих чертежей ДНК, которые затем используются, например, для производства определенных ферментов. Таким образом, вместо исправления оригинала, он только устраняет неточности впоследствии в копиях.

За это отвечают молекулярные корректоры, так называемые белки PPR. Большинство из них являются специалистами только по одной конкретной ошибке во многих копиях генов, которые клетка производит круглосуточно. Эти ошибки возникают, когда в ходе эволюции определенный химический строительный блок ДНК (если хотите, буква в генетическом проекте) заменяется другим. Когда белки PPR обнаруживают такой обмен, они преобразуют неправильную букву в копии РНК (строительный блок цитидин, сокращенно С) в правильную версию (уридин, сокращенно U).

«Сейчас мы взяли ген белка PPR из мохового Physcomitrium patens и перенесли его в цветущее растение - кресс-салат thale Arabidopsis thaliana», - объясняет Шалленберг-Рюдингер. «Затем белок распознал и исправил ту же ошибку, за которую он также был ответственен во мхе».

Это удивительно, так как существует более 400 миллионов лет эволюционной истории между Physcomitrium и Arabidopsis. Следовательно, белки PPR также могут значительно различаться по своей структуре.

Например, в кресс-салате содержатся белки PPR, которые могут идентифицировать ошибки, но для их исправления требуется отдельный фермент «белого цвета». Напротив, белки PPR Physcomitrium мха выполняют обе задачи одновременно.

«В этих случаях перенос из мха в кресс-салат работает, но ген кресс-салата остается неактивным во мхе», - объясняет Бастиан Олденкотт, докторант и ведущий автор исследования.

Исследование может открыть новый способ модификации генетического материала хлоропластов и митохондрий.

«Специально для растительных митохондрий это пока невозможно», - подчеркивает Шалленберг-Рюдингер.

Например, используя специальные «дизайнерские» гены PPR, можно было бы сделать некоторые транскрипты генома непригодными и проверить, как это влияет на растение. В среднесрочной перспективе это также может привести к появлению новых результатов для селекции особенно высокоурожайных и высокоэффективных сортов. Исследователи также надеются получить представление о сложном взаимодействии генов в функционировании хлоропластов и митохондрий, пишет ScienceDaily.