Роль модификации рРНК в развитии Arabidopsis thaliana под действием термоспермина

Полиамины, впервые обнаруженные в 1678 году, регулируют развитие растений и адаптацию к среде. У Arabidopsis thaliana основными свободными полиаминами являются путресцин (Put), спермидин (Spd) и спермин (Spm). Термоспермин (T-Spm), структурный изомер Spm, был впервые найден у термофильных бактерий в 1979 году, а позже и у растений. Мутанты с нарушенным синтезом T-Spm и Spm демонстрируют разные фенотипы, что указывает на специфические сигнальные пути.

Исследовательская группа под руководством профессора Ли Цзяяна из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук выявила значительную роль комплексов snoRNP в развитии A. thaliana, опосредованном T-Spm. Исследование опубликовано в Science China Life Science 15 ноября.

Ключевые открытия:

  • Содержание эндогенного T-Spm, значительно более низкое, чем Put, Spd и Spm, сопоставимо с уровнем некоторых классических фитогормонов, например, салициловой кислоты.
  • У мутанта acl5 с нарушенным биосинтезом T-Spm обнаружена узлоподобная структура в области соединения побега и корня.
  • При скрининге супрессоров этой узловой структуры (мутанты san) идентифицированы гены SAN1 и SAN2. Они кодируют белки NAP57 и NOP56 — ключевые компоненты комплексов snoRNP типов H/ACA и C/D соответственно.
  • Комплексы H/ACA и C/D snoRNP катализируют псевдоуридинирование и 2'-O-метилирование пре-рРНК соответственно.

Экспериментальные данные:

  1. Анализ псевдоуридинирования (масс-спектрометрия): У мутанта acl5 уровень псевдоуридинирования рРНК был как у дикого типа. У двойного мутанта acl5 san1 этот показатель снизился примерно до 57% от уровня acl5. Это указывает на нарушение функции комплекса H/ACA snoRNP из-за мутации в SAN1/NAP57.
  2. Анализ 2'-O-метилирования (высокопроизводительное секвенирование): У acl5 уровни метилирования в сайтах 5.8S, 18S и 25S рРНК были нормальными. Однако у двойного мутанта acl5 san2 наблюдалось резкое снижение общего уровня 2'-O-метилирования, что свидетельствует о нарушении функции комплекса C/D snoRNP.

Выводы и значение:

Исследование установило связь между модификациями рРНК и опосредованным T-Spm развитием A. thaliana. Поскольку содержание T-Spm аналогично традиционным фитогормонам и он регулирует множество процессов роста, T-Spm может функционировать как новый фитогормон.

Дальнейшее изучение других супрессоров san и комплексов snoRNP позволит раскрыть сигнальные пути, с помощью которых T-Spm регулирует рост и развитие.