Роль РНК-полимеразы IV в развитии семян и их абортации

Исследование, опубликованное в журнале The Plant Cell, раскрывает причину абортации семян и ключевую роль фермента РНК-полимеразы IV (RNA Pol IV) в этом процессе.

У цветковых растений эмбрион окружён эндоспермом — тканью, которая опосредует передачу питательных веществ от матери к растущему зародышу. Эндосперм генетически уникален: он содержит одну копию отцовского генома и две копии материнского. Это критическое соотношение геномов жизненно важно для развития семени. Нарушение этого баланса (например, при наличии лишних геномов) приводит к дефекту развития эндосперма и абортации семени — процессу, известному как интерплоидная абортация семян.

RNA Pol IV — фермент, специфичный для растений, который производит малые РНК для подавления активности транспозонов и повторяющихся последовательностей ДНК, защищая геном. Новое исследование показывает, что этот же фермент играет ключевую роль в запуске интерплоидной абортации семян.

Ключевые выводы исследования:

  • RNA Pol IV действует через канонический путь РНК-направленного метилирования ДНК (RNA-directed DNA methylation) — основной путь подавления генов у Arabidopsis.
  • Мишенью фермента являются гены отцовского происхождения.
  • Сравнение транскриптомов абортирующих семян и жизнеспособных семян (у которых отсутствовала отцовская RNA Pol IV) показало, что в обоих типах семян происходит масштабное нарушение регуляции тысяч генов и транспозонов, включая импринтированные гены.
  • Однако разницу между жизнеспособными и абортирующими семенами определяет нарушение регуляции относительно небольшого числа генов.

Важное открытие:

В эндосперме обнаружена система транскрипционного буферирования. Она компенсирует эффект от увеличенной дозы отцовского генома, снижая экспрессию отцовских копий одних генов и повышая экспрессию материнских копий других.

Перспективы:

По словам первого автора П.Р.В. Сатьяки, следующим шагом будет изучение механизма работы системы транскрипционного буферирования и идентификация конкретных генов, ответственных за абортацию семян, используя короткий список кандидатов, полученный в данном исследовании.