Обнаружена новая связь между дупликацией генов и альтернативным сплайсингом у растений
Учёные из Университета Джорджии впервые обнаружили у растений обратную зависимость между дупликацией генов и альтернативным сплайсингом. Это открытие важно для понимания разнообразия не только растений, но также животных и человека.
Исследование будет опубликовано на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Ранее эта обратная зависимость наблюдалась у животных: гены с одной копией чаще демонстрируют более высокую степень альтернативного сплайсинга. Альтернативный сплайсинг — это молекулярный процесс, позволяющий одному гену производить множество белков с потенциально разными функциями. Это ключевой механизм регуляции разнообразия.
Команда профессора Чунг-Жуй Цай исследовала ген, кодирующий фермент изохоризматсинтазу (ICS), который выполняет две функции:
- Синтез витамина K для фотосинтеза.
- Синтез салициловой кислоты — природного аспириноподобного соединения, важного для устойчивости растений к болезням.
У модельного растения Arabidopsis два копии гена ICS, а у быстрорастущих деревьев Populus — только одна.
- При стрессе Arabidopsis производил защитные белки только из одной из двух копий ICS.
- Единственный ген ICS в Populus спонтанно производил смесь нормальной и альтернативной форм белков в равных пропорциях и не реагировал на стресс.
Когда исследователи вставили ген ICS из Populus в мутантный Arabidopsis, лишённый защитной копии гена, он не мог правильно сплайсироваться в чужеродном хозяине и не восстанавливал способность сорняка производить салициловую кислоту. Однако, если вставлялась уже правильно сплайсированная версия гена Populus, она работала в Arabidopsis как ожидалось.
Выводы исследования:
- У Arabidopsis одна из копий гена ICS была "рекрутирована" для защиты, что позволяет быстро и массированно реагировать на атаки.
- У долгоживущих древесных растений Populus, постоянно сталкивающихся со стрессом, развились другие пути синтеза салициловой кислоты для постоянной ("конститутивной") защиты. Основная функция их единственного гена ICS — фотосинтез.
- Дупликация гена и альтернативный сплайсинг у Arabidopsis и Populus отражают их различные стратегии защиты.
Главное открытие — это взаимосвязь между количеством копий гена, его последовательностью и тем, как сплайсинг мог повлиять на эволюцию гена. Разница между организмами заключается не только в количестве генов (у Arabidopsis ~27 000, у Populus 35 000–40 000), но и в том, как регулируется работа гена.