Как малые РНК растений активируются для контроля транспозонов в пыльце
Исследователи из Университета Делавэра под руководством Блейка Майерса совместно с коллегами из Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор (Нью-Йорк) изучают, как малые РНК в растениях активируются и работают для контроля транспозонов — мобильных элементов ДНК, родственных вирусам, — в процессе развития пыльцы.
Работу в Колд-Спринг-Харбор возглавляет профессор и исследователь Роб Мартинсен. Результаты исследования опубликованы в мартовском выпуске международного еженедельного научного журнала Nature.
Транспозоны — это мобильные фрагменты ДНК, которые могут быть полезны, но в основном являются инвазивными элементами. Они присутствуют в геномах всех организмов, от бактерий до человека и растений. Контроль над этими транспозируемыми элементами важен для поддержания целостности генома (хромосомной ДНК) и обеспечения того, чтобы гены, являющиеся «чертежом» для развития, не были нарушены.
За последние 15 лет было много работы по пониманию роли малых РНК в регуляции этих транспозонов. В Университете Делавэра исследования в этой области ведут лаборатории Блейка Майерса и Памелы Грин в Делавэрском институте биотехнологий (DBI). Лаборатория Майерса внесла вклад, используя методы геномики и передней биоинформатики, а также разработав платформы для глобальной характеристики малых РНК.
В последние годы лаборатория Майерса смогла охарактеризовать дополнительный класс малых РНК — вторичные siRNA — у многих видов растений, что привело к сотрудничеству с Мартинсеном.
Совместные исследования пыльцы
Интересы Мартинсена лежат в области биологии транспозонов, особенно во время развития пыльцы — важного типа клеток растений, который служит гаметой (репродуктивной клеткой), дающей начало потомству. Контроль транспозонов может быть относительно ослаблен в вегетативных частях растения (листе или корне), так как они не дают потомства. Любые негативные последствия перемещения транспозонов в геноме вегетативных клеток не передаются будущим поколениям.
С пыльцой ситуация иная.
«В пыльце или яйцеклетке контроль транспозонов становится критически важным, потому что геномные изменения передаются потомству. Если потомство окажется менее жизнеспособным из-за изменений, вызванных транспозонами, в долгосрочной перспективе оно вымрет. Вот почему существовало сильное эволюционное давление, способствовавшее развитию механизмов такой точной регуляции транспозонов», — пояснил Майерс. — «Эта статья описывает, как особый класс малых РНК, микроРНК, может функционировать вне своих обычных ролей, помогая контролировать транспозоны в пыльце».
Обычно транспозоны хорошо контролируются супрессивными вариантами белков, которые помогают организовывать ДНК. Однако процесс развития пыльцы сложен и может дать транспозонам возможность избежать этого подавления. В такие моменты, как показано в статье в Nature, малые РНК могут обеспечить дополнительный уровень сдерживания активности транспозонов.
Команда Мартинсена, в частности постдокторант Кейт Кризи (первый автор статьи), смогла генетически определить важные гены для контроля этого пути. Майерс и его бывший аспирант Цзисянь Чжай помогли им методами более детальной характеристики малых РНК и их функциональных ролей.
Колд-Спринг-Харбор отправлял образцы и данные в лабораторию Майерса, а Кризи также посещала DBI для проведения части исследований.
Используя секвенатор в DBI, исследователи провели работу с помощью серии алгоритмов, разработанных лабораторией Майерса за годы работы. У них также есть структура базы данных и система визуализации, особенно мощные для анализа малых РНК у растений.
«Эта система представляет собой комбинацию базы данных, обработки, хранения, визуализации и анализа данных», — сказал Майерс. — «Наше уникальное ноу-хау, я считаю, заключается в анализе и визуализации данных. Это очень полезно для биологов, потому что с помощью разработанных нами инструментов и веб-сайтов можно получать инсайты, комбинируя очень разнообразные наборы данных таким образом, чтобы давать биологам визуальные подсказки о происходящем».