Ключевой механизм трансляции может помочь предотвратить потери урожая от преждевременного прорастания

Исследовательская группа под руководством профессора Цао Сяофэна из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук раскрыла ключевой механизм трансляционной регуляции, управляющий переходом от семени к проростку.

Исследование, опубликованное в PNAS, даёт важное представление о том, как растения контролируют прорастание на молекулярном уровне.

Покой и прорастание семян — критические фазы развития растений. Прорастание знаменует переход от покоя к активному росту, регулируемый внутренними гормональными сигналами, такими как антагонистическое взаимодействие между абсцизовой кислотой (ABA) и гиббереллином (GA), а также внешними факторами, такими как свет, температура и влажность.

Преждевременное прорастание на корню (PHS), когда семена прорастают на колосе из-за недостаточного покоя, приводит к значительным потерям урожая зерновых культур во всём мире. Поэтому понимание молекулярных механизмов, управляющих покоем и прорастанием семян, необходимо для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур и обеспечения продовольственной безопасности.

Недавние исследования подчёркивают роль трансляции запасённой mRNA на ранних стадиях прорастания. Хотя молекулы mRNA содержат специфические cis-регуляторные элементы, модулирующие трансляцию, их конкретная роль в прорастании семян остаётся малоизученной.

В этом исследовании команда профессора Цао использовала интегрированный транскриптомный и транслятомный анализ для систематического изучения динамической регуляции экспрессии генов во время прорастания.

Используя мутанты с дефектными рибосомами, исследователи показали, что их задержка прорастания связана с геном ABA2, ключевым геном в биосинтезе ABA. 5′-нетранслируемая область (5′ UTR) гена ABA2 содержит вышележащую открытую рамку считывания (uORF), которая подавляет трансляцию нижележащей кодирующей последовательности (CDS).

Дальнейшее исследование показало, что этот регуляторный механизм высоко консервативен у риса. Нокаут uORF в гене OsABA2, опосредованный CRISPR-Cas9, эффективно подавлял PHS. Кроме того, были идентифицированы два основных гаплотипа uORF в сортах риса, которые модулируют устойчивость к PHS, тонко настраивая экспрессию OsABA2.

Эти результаты дают фундаментальное понимание того, как трансляционная регуляция и естественная генетическая вариация координируют покой и прорастание семян, одновременно предлагая практические молекулярные стратегии для улучшения сельскохозяйственных культур.