Учёные выделили критически важный ген для здоровья растений, разобравшись в генетике хлоропластов

Правильное наследование ДНК необходимо для здорового роста и деления клеток. То же самое относится и к генетическому материалу, содержащемуся в хлоропластах — энергетических центрах всех растительных клеток.

Геномы хлоропластов, вероятно, являющиеся остатками бактерий-предков, организованы в ДНК-белковые комплексы, называемые нуклеоидами. В то время как проведена значительная работа по изучению динамики ДНК в ядрах растительных клеток, о динамике хлоропластных нуклеоидов известно мало.

Теперь Юсуке Кобаяси и Ёсики Нисимура из Университета Киото, Осами Мисуми из Университета Ямагути и другие коллабораторы выделили и охарактеризовали белок в хлоропластах, который необходим для правильной сегрегации нуклеоидов. Их результаты были недавно опубликованы в журнале Science.

«Чтобы понять динамику хлоропластных нуклеоидов, мы сосредоточились на их поведении во время деления хлоропластов у зелёной водоросли Chlamydomonas reinhardtii», — объясняет Нисимура.

«Мы проскринировали около 6000 образцов со случайными мутациями в их ДНК, а затем выделили те, у которых была нарушена сегрегация нуклеоидов».

У одного из этих мутантов был обнаружен дефект в гене, который команда назвала moc1 (от «Monokaryotic Chloroplast 1»). Хлоропласты этого мутанта содержали только один нуклеоид и демонстрировали неравную сегрегацию при делении хлоропластов. Затем гомологичный ген moc1 был обнаружен у наземного растения, часто используемого в исследованиях, — Arabidopsis thaliana. Когда этот ген мутировал, исследователи обнаружили, что у этих организмов проявляются дефекты роста и аномальная сегрегация нуклеоидов.

После тщательного анализа нового гена команда обнаружила, что moc1 функционирует как хлоропласт-специфичная «резолваза Холлидея».

«Это очень важно для распутывания структуры ДНК, называемой крестообразными структурами Холлидея. Такие гены до сих пор никогда не находили в хлоропластах», — продолжает Нисимура.

Продолжив исследование, учёные успешно визуализировали активность moc1 на крестообразных структурах Холлидея с помощью высокоскоростной атомно-силовой микроскопии и технологии ДНК-оригами. Они наблюдали, как moc1 связывается с центром структур Холлидея и разрезает их симметрично.

Открытие команды улучшает понимание высоко сложных структур, поддерживающих ДНК хлоропластов, правильное функционирование которых необходимо для здоровья клетки.