Фермент, разворачивающий молекулы РНК, играет ключевую роль в развитии растений
Перед тем как матричные РНК (mRNA) могут быть транслированы в аминокислоты и функциональные белки, первичные транскрипты генов должны пройти сплайсинг для удаления некодирующих последовательностей. Мисато Охтани из Центра устойчивых ресурсов RIKEN и коллеги идентифицировали ключевой белок, участвующий в сплайсинге, и показали, что он необходим для нескольких аспектов развития растений.
Сплайсинг осуществляется сплайсосомой, которая распознает некодирующие последовательности — интроны — и сшивает первичные РНК-транскрипты в строго регулируемом пошаговом процессе. Сам сплайсосом состоит из пяти различных РНК-белковых комплексов, называемых snRNP. Эти комплексы имеют более 50 ассоциированных белков, которые жизненно важны для правильной сборки сплайсосомы. Однако функции лишь немногих из этих белков охарактеризованы.
Охтани и коллеги исследовали один из таких кофакторов сборки сплайсосомы, проведя генетический анализ мутантных растений Arabidopsis thaliana, демонстрирующих температурно-чувствительные дефекты развития. Их целью был мутировавший ген, связанный с этими дефектами, названный ROOT INITIATION DEFECTIVE 1 или RID1. Они обнаружили, что соответствующая последовательность ДНК кодирует белок из семейства ферментов DEAH-бокс РНК-хеликаз, которые катализируют раскручивание и разделение цепей молекул матричной РНК для осуществления сплайсинга.
Чтобы подтвердить роль фермента RID1 в сплайсинге, исследователи с помощью генной инженерии ввели некодирующие последовательности в ген желтого флуоресцентного белка (YFP) и затем временно ввели эту конструкцию в нормальные и мутантные клетки растений. В диких типах растений, инкубированных при 22 или 28 °C, почти вся YFP mRNA была правильно сплайсирована. У мутантов, однако, эффективность сплайсинга была значительно снижена при 28 °C.
Затем ученые исследовали распределение фермента, сшив часть его гена с геном YFP или геном фермента β-глюкуронидазы. У проростков RID1 обнаруживался в побеге, корнях и тканях, которые впоследствии образуют листья, а на репродуктивных стадиях — в цветочных почках и частях женской репродуктивной системы.
Наконец, исследователи изучили генетически модифицированные растения, лишенные гена RID1. Растения с одной копией гена развивались нормально, но у растений без обеих копий были аномально сформированные женские гаметофиты, которые обычно образуют яйцеклетки.
«Впоследствии мы провели полногеномный транскриптомный анализ, чтобы выяснить, какие гены были затронуты у наших мутантов, — говорит Охтани. — Мы уже определили несколько кандидатов и в настоящее время тестируем их функции».