Исследования арахиса открывают путь к пониманию эпигенетических механизмов у растений

Растения постоянно сталкиваются с микробами в воздухе, воде и почве. Некоторые вызывают болезни, другие нейтральны, но есть микробы, которые способствуют здоровью и росту растений. Полезные бактерии, называемые ризобиями, вступают в тесное взаимодействие с бобовыми, индуцируя образование симбиотических клубеньков на корнях, в которых бактерии фиксируют азот и обеспечивают растение внутренним источником удобрений. Благодаря этому готовому источнику азота бобовые, такие как арахис, ценятся за богатые белком семена и являются важной частью мирового продовольственного снабжения.

Лаборатория доктора Мейтрайи ДасГупты сосредоточена на изучении молекулярных механизмов раннего развития клубеньков у арахиса. В недавно опубликованной работе Прита Гангули из лаборатории ДасГупты и коллеги исследовали функцию гена арахиса ENOD40, который необходим для самых ранних этапов развития симбиотических клубеньков. ENOD40 кодирует два коротких пептида, но сама РНК обладает функцией, независимой от её способности кодировать белок.

Одним из самых больших сюрпризов последних 20 лет стало полное опровержение центральной догмы о том, что РНК функционирует исключительно для кодирования белков. Теперь мы знаем, что многие классы РНК никогда не транслируются и выступают в качестве ключевых регуляторов множества процессов у растений и животных, включая их взаимодействие с микробами.

Но сюрпризы продолжаются! Когда Гангули и коллеги исследовали механизм функции ENOD40 в арахисе, они обнаружили, что эта длинная некодирующая РНК сама имеет антисмысловую длинную некодирующую РНК, что раскрывает уровни регуляции, опосредованные функциональными РНК. Они обнаружили, что эта антисмысловая РНК, которую они назвали DONE40, специфически связывается с AhASHR3 (ABSENT SMALL HOMEOTIC DISC1 RELATED3), членом группы белков Trithorax. Trithorax, первоначально идентифицированный у плодовой мушки, функционирует в эпигенетическом контроле экспрессии генов-мишеней, устанавливая активное состояние, которое может наследоваться. Это эпигенетическое состояние обычно связано с модификациями гистонов, и Гангули обнаружила, что локусы ENOD40 подвергаются динамическим модификациям гистона H3 во время симбиоза, что указывает на эволюционно консервативную функцию.

«Поразительно отметить консервативное участие суперсемейства белков Polycomb/Trithorax в процессах развития как растений, так и животных», — сказала ДасГупта, отмечая, что это первая пара смысловых-антисмысловых длинных некодирующих РНК, идентифицированных у растений. Это открывает возможный механизм действия ENOD40 и предоставляет точку входа для понимания эпигенетических механизмов у растений.

Исследование было опубликовано в открытом доступе в журнале Molecular Plant-Microbe Interactions.