Учёные раскрыли роль гена ENOD40 в симбиозе бобовых
Международная группа под руководством Вагенингенского университета и Лаборатории Сэйнсбери Кембриджского университета выяснила, что ген ENOD40 действует как естественная «губка» для микроРНК, тонко настраивая процесс образования клубеньков у бобовых. Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.
- Клубеньки — специализированные органы на корнях бобовых, которые обеспечивают бактерий домом и углеродом в обмен на азот.
- ENOD40 (Early Nodulation Gene) был идентифицирован в 1993 году как один из самых ранних генов, активирующихся при формировании клубеньков, и долгое время служил маркером для изучения симбиоза, хотя его точная функция оставалась загадкой.
Механизм действия: мимикрия под мишень микроРНК
Учёные обнаружили, что ENOD40 связывает микроРНК miRNA169, которая обычно подавляет позитивный регулятор клубенькообразования — транскрипционный фактор NF-YA1.
- miRNA169 связывается с мРНК NF-YA1 и направляет её на деградацию.
- Консервативная область box2 в структуре РНК гена ENOD40 имитирует сайт связывания для miRNA169.
- Связываясь с ENOD40, miRNA169 не может атаковать мРНК NF-YA1, что позволяет тонко регулировать его экспрессию для успешного формирования клубеньков.
Экспериментальное подтверждение
- У мутантных растений модельного бобового Medicago truncatula, лишённых ENOD40, способность формировать клубеньки была резко снижена.
- Введение в растение только области box2 (или даже её искусственной копии) почти полностью восстановило эту способность.
Необычная двойная структура
Ген ENOD40 обладает уникальной двойной структурой:
- Кодирует маленький пептид из 12–13 аминокислот.
- Содержит консервативную область РНК (box2), которая действует как мимикр мишени для микроРНК.
«Это первый случай, когда мы обнаружили растительный ген, сочетающий эти две необычные черты», — отметила первый соавтор работы доктор Надия Мохд-Радзман.
Такая структура, где способность кодировать пептид встроена в некодирующую РНК, была впервые обнаружена у эукариот именно в ENOD40. Позже, в 2007 году, был найден похожий ген tarsal-less у плодовых мушек (Drosophila melanogaster).
Значение и перспективы
«Эта работа не только решает давнюю загадку в молекулярной биологии растений, но и раскрывает новый уровень контроля в том, как растения тонко настраивают свои симбиотические отношения с микробами», — сказала доктор Мохд-Радзман.
- Открытие представляет собой важный шаг в понимании длинных некодирующих РНК и пептидов у растений.
- Будущие исследования будут изучать, как пептидный компонент и структура РНК ENOD40 вносят вклад в образование клубеньков.
- Новые инструменты, такие как single-cell и spatial transcriptomics, могут вскоре прояснить клеточно-специфичное взаимодействие между ENOD40, miRNA169 и NF-YA1.
- Результаты имеют потенциальное значение для улучшения продуктивности бобовых культур и углубления понимания РНК-опосредованной регуляции.