Новый взгляд на растения раскрывает особенности их транскрипционной регуляции

Многоклеточность независимо возникла у растений и животных. Обе группы по-разному решают общие вызовы, такие как координация клеток и формирование специализированных структур. Ключевая задача — добиться разного поведения клеток при одинаковом генетическом коде через транскрипционную регуляцию.

Новое исследование группы Магнуса Нордборга из Института молекулярной биологии растений Грегора Менделя (GMI), опубликованное в Nature Genetics 12 сентября, показывает, что растения достигают этого принципиально иначе, чем животные.

"Большая часть наших знаний о транскрипционной регуляции у растений основана на исследованиях на животных и дрожжах, — говорит соавтор работы, постдок Йоав Войчек. — Мы хотели взглянуть на растения беспристрастно, чтобы обнаружить уникальные для них механизмы".

Ключевая область регуляции

Используя параллельный репортерный анализ в четырёх видах растений (кукуруза, Arabidopsis, томат и Nicotiana benthamiana), учёные искали последовательности, влияющие на транскрипцию. Они идентифицировали область ниже по течению от сайта начала транскрипции (TSS), которая является центральной для регуляции.

Самое удивительное открытие: если поменять положение этой регуляторной последовательности, поместив её выше по течению от TSS, она перестаёт управлять транскрипцией. Это противоречит принципам регуляции у животных, где такие последовательности не зависят от позиции.

"Реостат" экспрессии генов

Внутри регуляторной последовательности учёные обнаружили мотив GATC, который сильно стимулирует экспрессию генов. "Этот мотив оказывает более мощное влияние на транскрипцию, чем любой ДНК-мотив, идентифицированный выше по течению от TSS", — объясняет Войчек.

Мотив GATC эволюционно консервативен и встречается у всех сосудистых растений (все наземные растения, кроме мхов, печёночников и антоцеротовых).

Механизм его действия похож на реостат: "Чем больше этих мотивов ниже по течению от TSS, тем сильнее экспрессируется ген. Это позволяет тонко настраивать гены, которые должны работать во всех типах клеток, но на разных уровнях".

В будущем Войчек планирует исследовать, как именно мотив GATC контролирует транскрипцию. "Наше исследование не только меняет понимание регуляции транскрипции у растений, но и подчёркивает, что для расширения наших знаний в биологии необходимо изучать транскрипцию у разнообразных организмов".