Растения имеют резервный план для точного копирования хромосом

Для растений, таких как Arabidopsis thaliana, точная передача копий хромосом следующему поколению — критически важный процесс. Он контролируется миллиардами компонентов, и даже небольшой сбой может иметь каскадные последствия. Поэтому наличие резервного плана — большое преимущество.

«Хромосомы должны точно распределяться каждый раз, когда клетка делится, — объясняет профессор CSHL и исследователь HHMI Роб Мартинсен. — Для этого у каждой хромосомы есть центромера. У растений центромеры контролируют распределение хромосом с помощью молекулы под названием DDM1».

Мартинсен открыл DDM1 в 1993 году. Когда у людей отсутствует их версия DDM1, центромеры не могут делиться равномерно, что вызывает тяжелое генетическое заболевание — синдром ICF. Однако у Arabidopsis потеря DDM1 не приводит к таким последствиям. Ученые задались вопросом: почему?

Оказалось, что у дрожжей функцию центромер контролируют малые РНК в процессе, называемом RNAi. Растения имеют как DDM1, так и RNAi. Когда исследователи изолировали оба этих механизма у Arabidopsis, растения стали выглядеть «очень плохо».

Более пристальное изучение показало, что дефекты вызваны одним транспозоном внутри хромосомы 5. Транспозоны перемещаются по геному, включая и выключая гены. У Arabidopsis они запускают DDM1 или RNAi, чтобы помочь разделению центромер. При отсутствии обоих механизмов процесс нарушается.

«Мы обнаружили очень мало копий этого транспозона в других частях генома, — говорит Мартинсен. — Но центромера хромосомы 5 была просто кишит ими. Мы подумали: "Вау, это действительно может быть причиной"».

Мартинсен и ведущий автор исследования Ацуси Симада разработали молекулы коротких шпилечных РНК (short hairpin RNAs), которые нацелены на эти транспозоны.

«Эти малые РНК компенсируют потерю DDM1. Они распознали каждую копию транспозона в центромере и, что удивительно, восстановили функцию центромеры. В результате растения снова стали фертильными, давали семена и выглядели гораздо лучше», — объясняет Мартинсен.

Это открытие имеет значение не только для растений. У людей неравномерное деление центромер связано с такими состояниями, как синдром ICF и ранние стадии развития рака. Мартинсен надеется, что работа его команды может однажды указать путь к лучшим методам лечения этих и других заболеваний.

Исследование опубликовано в журнале Nature Plants.