Как ДНК растений защищается от ультрафиолетового излучения?

Ультрафиолетовое (УФ) излучение солнца повреждает ДНК растений, но они не могут уйти в тень или нанести солнцезащитный крем. Вместо этого у них есть мощная система репарации (починки) ДНК. Лаборатория Азиза Санкара в Университете Северной Каролины (UNC), лауреата Нобелевской премии 2015 года, опубликовала детальное исследование этой системы у растений, которая очень похожа на систему у людей и других животных.

Исследование, опубликованное в Nature Communications, является первой картой репарации для целого многоклеточного организма. Оно показало, что система "эксцизионной репарации нуклеотидов" работает намного эффективнее в активных генах растений по сравнению с людьми. Эта эффективность зависит от суточного (циркадного) цикла.

"Повреждение ДНК, накапливающееся в растении, ухудшает его рост и развитие, поэтому усиление системы эксцизионной репарации может быть хорошей стратегией для повышения урожайности сельскохозяйственных культур", — сказал первый автор исследования Онир Озташ, PhD.

Методология: XR-seq картографирование

Исследователи использовали разработанную ими технику картирования эксцизионной репарации — XR-seq. Этот метод позволяет обнаруживать и секвенировать короткие фрагменты повреждённой ДНК, которые вырезаются из хромосом в процессе репарации. Эти последовательности сопоставляются с референсным геномом для точного картирования мест, где происходит починка повреждений.

Учёные провели XR-seq сканирование клеток растения Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля), подвергнутого УФ-излучению.

Ключевые открытия:

1. Связь с транскрипцией: Репарация в Arabidopsis работает быстрее на активных генах (тех, что транскрибируются в РНК). Это явление, известное как транскрипционно-сопряжённая репарация, ранее наблюдалось у животных и бактерий, но у растений скачок в эффективности оказался ещё более выраженным.
2. Влияние циркадных ритмов: Эффективность транскрипционно-сопряжённой репарации варьируется в соответствии с суточным циклом для 10–30% генов Arabidopsis. Это отражает естественные суточные колебания транскрипционной активности этих генов.

Будущие исследования

Лаборатория Санкара планирует изучить две загадки:

1. "Выключение" системы эксцизионной репарации приводит к увеличению мутаций в геноме растения даже при содержании в темноте. Это означает, что система нужна для починки повреждений от других, неизвестных факторов, помимо УФ.
2. Система репарации растений включает несколько иной набор репарационных белков, чем у других организмов. Учёные хотят выяснить, почему это так и как именно этот уникальный набор работает для поддержания целостности генома растений.