Молекулярный «переключатель», контролирующий старение листьев растений
Совместная исследовательская группа обнаружила новый молекулярный переключатель, определяющий начало старения листьев растений. Впервые идентифицирован механизм, при котором РНК, синтезированная в ядре, перемещается в хлоропласты и регулирует процесс старения.
Результаты опубликованы в журнале Nature Plants. Исследование возглавили профессоры Пёнок Лим, Джончан Ли и Минсик Ким из Института науки и технологий Тэгу Кёнбук.
Хлоропласты в листьях производят энергию для роста посредством фотосинтеза, но при старении они деградируют и сами становятся ресурсом. Эти ресурсы перемещаются в семена (как питание для следующего поколения) или в стебли и корни (для подготовки к новому сезону). Хотя этот функциональный переключатель напрямую связан со стратегиями выживания и размножения растений, механизм регуляции его времени оставался неясным.
Команда обнаружила новый регуляторный фактор — chlorella RNA — с помощью генетического анализа длинных некодирующих РНК (lincRNAs). Его паттерны экспрессии генов хлоропластов схожи с таковыми у модельного растения Arabidopsis thaliana.
Используя мультидисциплинарный подход (высокоразрешающая масс-спектрометрия и методы визуализации одиночных молекул), учёные показали, что chlorella RNA:
- Транскрибируется в ядре.
- Перемещается через цитоплазму в хлоропласты.
- Связывается с белками комплекса пластидной РНК-полимеразы (PEP complex), участвующего в транскрипции генов хлоропластов.
- Влияет на транскрипционную активность хлоропластов, переключая их функцию в зависимости от уровня экспрессии.
Также подтверждено, что транскрипционный фактор GLK регулирует экспрессию chlorella RNA. GLK поддерживает фотосинтетическую функцию в период роста, повышая экспрессию chlorella RNA. С началом старения активность GLK снижается, что ведёт к падению уровня chlorella RNA, потере фотосинтетической функции и деградации хлоропластов.
«Это исследование имеет большое значение, так как показывает, как длинные некодирующие регуляторные РНК пространственно-временно регулируются в процессе старения — тема, ранее мало изученная из-за методологических ограничений», — заявил профессор Лим.
Результаты получены благодаря междисциплинарным методам, включая биоимиджинг-технологии для отслеживания перемещения РНК и идентификацию взаимодействующих с ней белков. Этот подход может стать краеугольным камнем для понимания различных биологических явлений на основе длинных некодирующих РНК и потенциально повысить фотосинтетическую эффективность и продуктивность сельскохозяйственных культур через регуляцию развития и старения листьев.