Учёные обнаружили новый регуляторный механизм в бобовых растениях
Исследователи из Департамента растениеводства и почвоведения Университета Делавэра (профессора Блейк Майерс, Джанин Шерриер и Памела Дж. Грин) обнаружили ранее неизвестную регуляторную сеть в бобовых растениях, включая люцерну и сою.
Основную работу выполнил докторант Цзисянь Чжай. Результаты опубликованы в декабрьском выпуске престижного журнала Genes & Development. Проект финансировался грантом Министерства сельского хозяйства США.
Цель и методы исследования
Учёные из Института биотехнологий Делавэра (DBI) стремились получить полное представление о функциях малых РНК в бобовых. Они сосредоточились на геноме рода Medicago, который включает культурное растение люцерну и модельный вид Medicago truncatula.
Исследователи секвенировали библиотеки, содержащие миллионы малых РНК — важных регуляторных молекул, а также генов, на которые они нацелены. С помощью передовых вычислительных методов они выявили новую функцию для группы микроРНК, которые направленно разрушают определённые матричные РНК (мРНК), кодирующие белки.
Ключевое открытие
Многие из этих растительных микроРНК нацелены на гены, кодирующие NBS-LRR-белки («белки-стражи»), которые защищают растение от патогенных микробов. Эти белки функционируют как иммунная система, но, предположительно, должны подавляться, чтобы позволить взаимодействие с полезными микроорганизмами, характерное для бобовых. В результате таргетирования микроРНК формируется сложная сеть корегулируемых малых РНК.
«NBS-LRR-белки не пускают патогены, но эти растительные клетки всё же позволяют полезным микробам проникать. Регуляция генов, кодирующих NBS-LRR-белки, до сих пор была в значительной степени неизвестна», — говорит Джанин Шерриер.
Со временем у бобовых развилась более сложная система, которая использует это подавление защиты для облегчения развития клубеньков — специализированных структур на корнях, где происходит полезное взаимодействие растения и микроорганизмов.
«Возможно, мы нашли "переключатель", который отличает хорошие микробы от плохих. Эти белки-стражи обычно запускают гибель клетки при распознавании патогена, но растение должно предотвращать гибель клетки, когда встречает "дружественный" микроб. Обнаруженная нами схема может играть роль в этом предотвращении», — добавляет Блейк Майерс.
Значение открытия
Это открытие может иметь важное значение для улучшения взаимодействия растений и микробов у других сельскохозяйственных культур. Растения смогут становиться здоровее, впуская полезные микробы и сохраняя защиту от патогенов.
«Мы не ожидали найти нечто настолько захватывающее. Это интересно и с фундаментальной точки зрения, потому что никто не знал о таком контроле генов, и с прикладной — потому что это показывает разнообразие взаимодействий растений с бактериями и грибами», — отмечает Шерриер.
«Помимо прикладного значения, открытие того, что гены NBS-LRR являются ключевыми мишенями, открывает новый фронт для фундаментальных исследований», — говорит Памела Грин.
Если подобное регулирование взаимодействия с полезными микробами удастся добавить другим культурам, это может позволить программировать растения на более сильный рост с меньшим количеством воды и даже на самоудобрение.