Учёные разработали предсказуемый метод подавления трансляции генов у растений
Группа Гао Цайся из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук (CAS) разработала новый метод подавления трансляции генов до предсказуемого и желаемого уровня у растений путём точного редактирования upstream open reading frames (uORFs).
Исследование было опубликовано онлайн в Nature Biotechnology 9 марта.
Широко используемые инструменты редактирования генов, такие как CRISPR-Cas, CRISPR interference и RNA interference, обычно полностью предотвращают транскрипцию гена или снижают её до неопределённого уровня. Метод для предсказуемого и ступенчатого регулирования экспрессии эндогенных генов на трансляционном уровне расширил бы возможности контроля генной активности.
uORFs — важные и универсальные cis-регуляторные элементы у эукариот, которые, как считается, связаны со снижением трансляции mRNA. Многие факторы, такие как длина uORF и расстояние между uORF и основными открытыми рамками считывания (pORFs), влияют на ингибирующую активность uORFs.
Исследователи предложили две стратегии для подавления трансляции генов:
- Введение de novo uORFs в 5' untranslated region (5' UTR) целевого гена.
- Мутация стоп-кодонов эндогенных uORFs для удлинения их кодирующих последовательностей и усиления ингибирующей способности.
Тесты с двойной люциферазой и western blot в транзиентных системах показали, что новые и удлинённые uORFs снижали соотношение активностей LUC/REN до 9,5–86,9% от уровня дикого типа, не влияя на уровни LUC/REN mRNA, что подтверждает трансляционный контроль.
С помощью технологий точного редактирования генома, таких как base editors и prime editors, учёные получили мутантные растения риса, несущие новые и удлинённые uORFs. Эффекты этих сконструированных uORFs на фенотипы и уровни экспрессии белка совпали с наблюдениями в транзиентной репортёрной системе.
Для ступенчатого подавления трансляции генов исследователи скомбинировали подходы и создали серию uORFs с разной ингибирующей способностью в 5' UTR генов OsTCP19, OsTB1 и OsDLT. Транзиентные системы показали, что эти uORFs ступенчато снижали трансляцию pORFs до 2,5–84,9% от уровня дикого типа.
Кроме того, отредактировав 5' UTR гена риса OsDLT (кодирует DWARF AND LOW-TILLERING — член семейства транскрипционных регуляторов GRAS, участвующий в пути передачи сигнала брассиностероидов (BR)), они получили ряд растений с разной чувствительностью к BR, высотой и количеством побегов, что соответствовало снижению уровней OsDLT, наблюдавшемуся в тесте на протопластах.
Инженерное конструирование uORFs позволило разработать эффективный и широко применимый метод для подавления трансляции генов до предсказуемых и желаемых уровней у растений, что значительно улучшит будущую селекцию сельскохозяйственных культур.