Группа исследователей под руководством профессора Цао Сяофэна из Института генетики и биологии развития (ИГБР) Китайской академии наук обнаружила ключевой механизм регуляции трансляции, управляющий переходом от семени к проростку.
Исследование, опубликованное в PNAS, проливает свет на то, как растения контролируют прорастание на молекулярном уровне.
Прорастание семян и переход в состояние покоя — критически важные этапы в развитии растений. Прорастание означает переход от состояния покоя к активному росту, регулируемый внутренними гормональными сигналами, такими как антагонистическое взаимодействие между абсцизовой кислотой (ABA) и гиббереллином (GA), а также внешними факторами, такими как свет, температура и влажность.
Преждевременное прорастание (ППП), при котором семена преждевременно прорастают на колосе из-за недостаточной стадии покоя, приводит к значительным потерям урожая зерновых культур во всём мире. Поэтому понимание молекулярных механизмов, регулирующих покой семян и прорастание, имеет важное значение для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур и обеспечения продовольственной безопасности.
Недавние исследования подчёркивают роль трансляции накопленной мРНК на ранних этапах прорастания. Хотя молекулы мРНК содержат специфические цис-регуляторные элементы, модулирующие трансляцию, их конкретные роли в прорастании семян остаются малоизученными.
В этом исследовании команда профессора Цао использовала комплексный транскриптомный и транслатомный анализы для систематического изучения динамической регуляции экспрессии генов во время прорастания.
Используя рибосомно-дефектные мутанты, исследователи продемонстрировали, что их задержка прорастания связана с ABA2, ключевым геном в биосинтезе ABA. 5′-НТО гена ABA2 содержит открытую рамку считывания (uORF), которая подавляет трансляцию нижележащей кодирующей последовательности (CDS).
Дальнейшее исследование показало, что этот регуляторный механизм высоко консервативен у риса. Нокаут uORF в OsABA2 с помощью CRISPR-Cas9 эффективно подавлял ППП. Кроме того, они идентифицировали два основных гаплотипа uORF у сортов риса, которые модулируют устойчивость к ППП за счёт точной настройки экспрессии OsABA2.
Эти результаты дают фундаментальное представление о том, как трансляционная регуляция и естественная генетическая вариация координируют покой семян и прорастание, одновременно предлагая практические молекулярные стратегии для улучшения сельскохозяйственных культур.
Предоставлено Китайской академией наук.