Учёные раскрыли давнюю тайну гена ENOD40, связанного с образованием клубеньков у бобовых растений

от

Ген, идентифицированный более 30 лет назад, раскрыл свою роль в регуляции пути образования клубеньков у бобовых растений благодаря международному сотрудничеству под руководством Вагенингенского университета и лаборатории Сэйнсбury в Кембриджском университете. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Клубеньки — это специализированные органы, которые образуются на корнях бобовых растений и служат домом для почвенных бактерий, обеспечивая их углеродом в обмен на азот.

Ранний ген, связанный с образованием клубеньков (ENOD40)

Ген ENOD40 был впервые идентифицирован в 1993 году сотрудниками Вагенингенского университета в сое (Glycine max) как активный на ранних стадиях формирования клубеньков на корнях.

В качестве одного из первых реагирующих на почвенные бактерии, которые инициируют формирование клубеньков, ENOD40 долгое время служил маркерным геном для изучения симбиоза растений и микробов.

Уже через несколько часов после инокуляции, ещё до появления видимых изменений, ENOD40 активируется глубоко в тканях корня, отмечая решение растения начать формирование бактериальных домиков.

Однако его точная роль оставалась неясной. Исследователи обнаружили, что ENOD40 связывает микроРНК (miRNA), которая обычно подавляет экспрессию положительного регулятора образования клубеньков.

МикроРНК известны тем, что регулируют экспрессию генов, связываясь с матричной РНК (мРНК). В этом случае мРНК кодирует положительный регулятор, направляя мРНК на разрушение. Связывая микроРНК, ENOD40 точно настраивает экспрессию положительного регулятора для успешного формирования азотфиксирующих клубеньков.

Команда создала мутанта модельного бобового растения Medicago truncatula, у которого отсутствует ген ENOD40, и обнаружила, что их способность формировать клубеньки значительно снижена.

Необычная генетическая структура ENOD40

«Генетическая структура ENOD40 необычна: один конец кодирует крошечный пептид всего из 12–13 аминокислот, а другой содержит высококонсервативный участок РНК, известный как box2», — сказала доктор Надия Мохд-Радзман, первый соавтор из лаборатории Сэйнсбury в Кембриджском университете.

«Этот участок box2 имитирует сайт связывания для микроРНК169, предотвращая её нацеливание на NF-YA1 — ключевой положительный регулятор, необходимый в самом начале формирования клубеньков».

Это первый случай, когда был обнаружен ген растения, сочетающий эти две необычные особенности: кодирование небольшого пептида со встроенным имитатором микроРНК.

Примечательно, что введение только участка box2 (или даже искусственного имитатора мишени микроРНК) восстановило большую часть утраченной способности.

Доктор Мохд-Радзман описывает предполагаемую двойную функциональность ENOD40 как элегантную и необычную. Эта двойная структура, где способность кодировать пептид встроена в неканонический транскрипт РНК, была первой в своём роде, обнаруженной у эукариот.

Более десяти лет спустя, в 2007 году, аналогичный ген под названием tarsal-less был идентифицирован у плодовых мух (Drosophila melanogaster). Как и ENOD40, он демонстрирует двойную функциональность, кодируя пептиды из более длинной мРНК-транскрипта.

«Эта работа не только решает давнюю головоломку в молекулярной биологии растений, — сказала доктор Мохд-Радзман, — она также раскрывает новый уровень контроля над тем, как растения точно настраивают свои симбиотические отношения с микробами».

Доктор Радзман добавила: «ENOD40 — это поистине многогранная молекула. Теперь, когда мы установили его функцию имитации мишени через box2, будущая работа будет посвящена изучению того, как его потенциал кодирования пептидов и структура РНК способствуют образованию клубеньков и не только. Как эти особенности связаны с отдельными процессами, или они переплетены для контроля одного и того же процесса?»

«Появляющиеся инструменты, такие как одноклеточная и пространственная транскриптомика, вскоре могут прояснить клеточное взаимодействие между ENOD40, miRNA169 и NF-YA1, раскрывая более тонкие детали того, как бобовые растения управляют симбиотическим органогенезом».

«Результаты представляют собой важный шаг вперёд в нашем понимании растительных lncRNAs и пептидов, что может иметь значение для повышения урожайности бобовых культур и углубления нашего понимания регуляции, опосредованной РНК».

Предоставлено: [University of Cambridge](https://phys.org/partners/university-of-cambridge/)

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте