Исследование: «Тёмная материя» ДНК жизненно важна для размножения риса
Учёные из Окинавского института науки и технологий (OIST) выяснили репродуктивную роль «тёмной материи» ДНК — некодирующих последовательностей, которые ранее считались нефункциональными.
Результаты, опубликованные в Nature Communications, показали, что специфичный некодирующий участок генома необходим для правильного развития мужских и женских репродуктивных органов риса.
«Рис — одна из основных мировых культур и staple food во многих странах, включая Японию», — заявила старший автор работы, доктор Рейна Комия. «Дальнейшее изучение того, как эти регионы генома влияют на размножение растений, потенциально может привести к повышению продуктивности и стабильности урожаев риса».
Ранее многие исследования развития фокусировались на генах — участках ДНК, кодирующих белки. Но у сложных организмов большая часть генома (90–98%) не кодирует белки. Эта обширная область «мусорной ДНК», или «тёмная материя» генома, долгое время оставалась загадкой. Сейчас известно, что многие такие регионы функциональны и производят некодирующие РНК.
Учёные идентифицировали множество типов некодирующих РНК, от малых молекул длиной 20–30 нуклеотидов до длинных молекул свыше 200 нуклеотидов. Хотя известно, что они играют жизненно важную роль в регуляции экспрессии генов, точная функция каждой конкретной некодирующей РНК изучена плохо.
Создание мутантов
В исследовании группа доктора Комии сфокусировалась на репродуктивно-специфичной микроРНК — основном классе малых некодирующих РНК — под названием microRNA2118.
Учёные создали мутантные линии риса, удалив участок генома, содержащий множественные копии последовательности, которая производит microRNA2118. Мутантные линии оказались стерильными и демонстрировали аномалии в структуре тычинок и пестиков.
«Это означает, что роль microRNA2118 в правильном развитии тычинок и пестиков необходима для фертильности растения», — сказала доктор Комия.
Раскрытие механизма
Чтобы глубже понять, как microRNA2118 контролирует развитие, учёные выявили, на какие другие молекулы она влияет.
Оказалось, что microRNA2118 запускает разрезание длинной некодирующей РНК, производя множество крошечных молекул РНК, называемых вторичными малыми РНК.
«Интересно, что эти малые РНК были богаты урацилом, что очень необычно по сравнению с другими малыми РНК», — отметила доктор Комия.
Также было обнаружено, что два белка Argonaute, производимые только в тычинках, зависели от наличия microRNA2118. Известно, что белки Argonaute работают в паре с малыми РНК, выполняя регуляторные функции, например, сайленсинг генов или разрезание РНК.
Группа предполагает, что белки Argonaute могут взаимодействовать с microRNA2118, запуская производство вторичных малых РНК, а также могут взаимодействовать с этими вторичными малыми РНК для сайленсинга специфичных областей генома.
«Размножение — важный процесс передачи генетической информации следующему поколению, необходимый для стабильного урожая. Однако развитие репродуктивной системы сложно, и многие аспекты остаются неизвестными», — заключила доктор Комия. «Это исследование показывает, что некодирующие РНК, происходящие из регионов генома, которые считались нефункциональными, жизненно важны для размножения растений».