Новый белок-регулятор может изменить подход к модификации сельскохозяйственных культур

Исследование биологов из Индианского университета в Блумингтоне впервые показало, что белок, известный своей критической ролью в инициации синтеза белка у всех организмов, также может регулировать экспрессию генов у некоторых бактерий и, вероятно, у наземных растений.

Этот белок — фактор инициации трансляции 3 (IF3) — входит в ядро аппарата, направляющего соединение матричных РНК (mRNA) и рибосом. Три фактора инициации традиционно считались конститутивными, с минимальной регуляторной ролью.

Лаборатория профессора Дэвида М. Кехоу обнаружила, что IF3 у цианобактерий регулирует экспрессию генов фотосинтетического аппарата в ответ на изменение цвета окружающего света — процесс, известный как «хроматическая акклимация». Эти гены кодируют красный пигмент фикоэритрин, который производится при зеленом свете для эффективного поглощения света.

Открытие было сделано при поиске мутантов с нарушенной регуляцией фикоэритрина. Мутация в гене infC (кодирующем IF3) оказалась нелетальной, что стало неожиданностью, поскольку у других бактерий такие мутации смертельны.

Загадка разрешилась обнаружением второго гена infC у модельного организма Fremyella diplosiphon. Два белка, IF3a и IF3b, оба участвуют в инициации трансляции, но только IF3a дополнительно регулирует экспрессию фотосинтетических генов.

Анализ сотен геномов прокариот и эукариот выявил широкий спектр видов, потенциально кодирующих множественные IF3 (у одного организма — до пяти разных представителей семейства). Поскольку почти ни один из этих видов не способен к хроматической акклимации, Кехоу полагает, что множественные IF3 используются для регуляции широкого диапазона ответов на среду и, возможно, процессов развития.

«Особенно интересно наше открытие семейств IF3 у ряда видов растений, включая коммерчески важные сельскохозяйственные культуры, — сказал Кехоу. — Это означает, что новые подходы к модификации признаков у значимых растений могут быть возможны путем манипуляции экспрессией разных членов семейства IF3».

Открытие также важно потому, что IF3 исторически было трудно изучать: он настолько важен для инициации трансляции, что его изменение приводит к гибели клетки. Это один из немногих белков трансляции, против которого не разработаны эффективные антибиотики. Однако возможность удалить любой из двух генов infC у F. diplosiphon без летального исхода позволит модифицировать IF3a и IF3b.

«Теперь, когда мы знаем, что F. diplosiphon содержит два функционально разных и несущественных IF3, у нас есть уникальная возможность понять, как структурные особенности IF3 связаны с его функцией, — сказал Кехоу. — Углубление понимания роли IF3 в трансляции, вероятно, предоставит возможности для разработки новых антибиотиков, нацеленных на этот класс белков».

Исследование «A unique role for translation initiation factor 3 in the light color regulation of photosynthetic gene expression» опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences. Соавторами с Кехоу и Джеффри Палмером выступили Эндриан Гуту, Эйприл Несбит и Эндрю Алверсон. Основное финансирование работы было предоставлено Национальным научным фондом (NSF), а поддержку Несбит оказали Национальные институты здоровья (NIH).