Высокие температуры вызывают изменения в РНК растений

Стресс от высоких температур может запускать в растениях ответную реакцию на уровне РНК (рибонуклеиновой кислоты) — части генетической системы передачи сообщений в клетке. Это помогает растению справляться с изменениями окружающей среды, как показало исследование учёных из Университета Пенсильвании.

В исследовании на рисе учёные обнаружили, что резкое повышение температуры приводит к изменениям в структуре РНК растения, что связано со снижением количества матричных РНК (мРНК). Молекула мРНК — это особый тип РНК, который передаёт инструкции ДНК к рибосоме клетки в процессе синтеза белка.

Поскольку растения, в отличие от людей, не могут регулировать собственную температуру или уйти от источника тепла, этот процесс может быть одним из способов адаптации растений к высоким температурам и условиям засухи, отметила профессор биологии Сара М. Ассманн.

Исследование, результаты которого опубликованы 5 ноября в Proceedings of the National Academy of Sciences, может стать важным первым шагом для создания более устойчивых к жаре и засухе сельскохозяйственных культур.

Методология и ключевые результаты

• Исследователи проанализировали более 14 000 различных РНК, чтобы найти изменения в сложной структуре их укладки, которые могли бы сигнализировать об остром тепловом стрессе.
• Для создания теплового стресса двухнедельные проростки риса подвергали температуре 108°F (_{42°C) в течение всего 10 минут, сравнивая их с контрольной группой, росшей при 72°F (}22°C). Короткое время воздействия было выбрано для изучения именно процесса переукладки РНК.
• Учёные обнаружили, что укладка РНК у растений, подвергшихся тепловому стрессу, была более «рыхлой», чем в контрольной группе.
• Раскрытие структуры мРНК коррелировало со снижением её количества, что позволяет предположить, что разворачивание мРНК способствует её деградации. Это один из методов, с помощью которого клетки регулируют экспрессию генов.

Значение и перспективы

• Обнаружена корреляция между РНК, которые имеют тенденцию разворачиваться на своих концах, и снижением их количества. Поскольку РНК кодируют белки, это может приводить к снижению производства соответствующих белков.
• Исследование выявило новый, ранее не изученный уровень регуляции генов. В частности, показано, что мРНК, кодирующие определённый тип регуляторных белков — транскрипционные факторы, — особенно подвержены деградации из-за разворачивания при высоких температурах.
• Полученные данные открывают путь для будущих исследований: если потеря структуры ведёт к потере количества РНК, то, теоретически, можно изменить последовательности на концах РНК, сделав их более стабильными, и тем самым стабилизировать производство важных белков.
• Работа является одной из первых, анализирующих процесс изменения РНК непосредственно в живом растении (in vivo), и стала возможной благодаря междисциплинарному сотрудничеству лабораторий молекулярной биологии и химии.