Синий свет меняет стартовый код для экспрессии генов у растений

Исследователи из Центра устойчивых ресурсов RIKEN (CSRS) открыли механизм регуляции экспрессии генов у растений светом. Исследование, опубликованное в PNAS, показало, что синий свет вызывает сдвиг в выборе участка гена, который в итоге экспрессируется.

Когда проросток впервые появляется на свету, синий свет запускает физиологические изменения, необходимые для роста и фотосинтеза. Эти изменения возможны, потому что синий свет активирует экспрессию определённых генов, которые в темноте "замолкают". Команда CSRS адаптировала две новые молекулярно-биологические методики для растений, чтобы выяснить, как это происходит.

Экспрессия гена — многоступенчатый процесс. После транскрипции ДНК в РНК, РНК считывается от начала к концу. Области, считываемые первыми, находятся «выше по течению» (upstream) от тех, что считываются позже. При обнаружении стартового кодона этот участок РНК транслируется в белок. Особенность в том, что один ген может содержать более одного стартового кодона, каждый из которых запускает трансляцию разных участков РНК.

Группа под руководством Минами Мацуи в сотрудничестве с Синтаро Ивасаки из лаборатории биохимии РНК-систем RIKEN обнаружила, что для определённых генов воздействие синего света меняет используемый стартовый кодон. Это обеспечивает трансляцию основной последовательности в белок, который затем используется растением в светозависимых процессах.

«Мы обнаружили, что многие сайты начала транскрипции mRNA у растений меняются в присутствии синего света, — объясняет Мацуи. — А именно, они меняются с вышестоящего сайта на нижестоящий». Команда выяснила, что когда используется вышестоящий стартовый кодон, он фактически подавляет использование нижестоящего и может даже привести к деградации РНК. «Без света эти mRNA обречены, и синтез ненужных белков, связанных с фотосинтезом или фотоморфогенезом, блокируется».

Сдвиг стартового кодона означает, что когда проросток впервые сталкивается со светом, РНК остаётся стабильной, и светозависимые процессы могут протекать с правильным синтезом белка.

Хотя это исследование было направлено на изучение светозависимых изменений экспрессии генов у растений, Мацуи полагает, что лежащий в основе регуляторный процесс выбора стартовых кодонов в зависимости от факторов окружающей среды может быть широко распространён и важен также для исследований на животных.

Применительно к растениям знание этого процесса может быть полезно. «Мы можем разработать способы жёсткого контроля экспрессии белков, которые могут повредить растениям при синтезе в неподходящих физиологических условиях, — отмечает Мацуи. — В долгосрочной перспективе мы сможем более эффективно контролировать производство растениями полезных белков и химических веществ с помощью синтетических путей».