Исследователи из Центра исследований устойчивых ресурсов RIKEN (CSRS) обнаружили процесс, посредством которого экспрессия генов в растениях регулируется светом. Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences USA, показало, что синий свет вызывает изменение того, в какой части гена в конечном счете экспрессируется.
Когда новый саженец впервые появляется из земли и подвергается воздействию солнечного света, в частности, синего света, он претерпевает ряд физиологических изменений, которые позволяют ему расти и осуществлять фотосинтез. Эти изменения возможны, потому что синий свет запускает экспрессию определенных генов, которые обычно молчат в темноте. Команда CSRS адаптировала два новых молекулярно-биологических метода для использования с растениями, чтобы понять, как это происходит.
Экспрессия генов - это многоэтапный процесс. После того, как ДНК гена транскрибируется в РНК, РНК считывается от одного конца до другого. Области, которые считываются первыми, находятся «вверх по течению» от тех, которые считываются позже. Если встречается «стартовый» код, эта область РНК будет транслироваться в белок. Хитрость заключается в том, что один ген может содержать более одного стартового кода, каждый из которых запускает трансляцию разных частей РНК. Команда CSRS под руководством Минами Мацуи в сотрудничестве с Синтаро Ивасаки из лаборатории биохимии РНК-систем RIKEN обнаружила, что для некоторых генов воздействие синего света изменяет код запуска, гарантируя, что основная последовательность транслируется в белок, который затем может быть используется растением в процессах, связанных со светом.
«Мы обнаружили, что многие сайты начала транскрипции мРНК в растениях изменяются в присутствии синего света», - объясняет Мацуи. «В частности, они меняются с вышестоящего сайта на нижестоящий сайт». Команда обнаружила, что когда используется восходящий стартовый код, он фактически запрещает использование нижестоящего стартового кода и может даже привести к ухудшению РНК. «Без света эти мРНК обречены, а ненужный синтез белка, связанный с фотосинтезом или фотоморфогенезом, блокируется».
Сдвиг в стартовом коде означает, что когда проросток впервые сталкивается со светом, РНК остается стабильной, и светозависимые процессы могут протекать с правильным синтезом белка.
Хотя это исследование было направлено на изучение того, как изменения в экспрессии генов, связанные со светом, происходят у растений, Мацуи считает, что лежащий в основе регуляторный процесс, в котором стартовые коды выбираются на основе факторов окружающей среды, может быть широко распространенным и важным для исследований на животных, поскольку Что ж.
С точки зрения растений, знание этого процесса может быть полезным по нескольким причинам. «Мы можем разработать способы строго контролировать экспрессию белков, которые могут повредить растения при экспрессии в неподходящих физиологических условиях», - отмечает Мацуи. «В долгосрочной перспективе мы сможем более эффективно контролировать выработку растениями полезных белков и химических веществ с помощью синтетических путей».