«Прыгающие гены» помогают растениям адаптироваться к экстремальным температурам и патогенам

Согласно исследованию, опубликованному в Nature Communications 5 июня 2023 года, «прыгающие гены» (транспозоны) — участки ДНК, способные копировать себя и перемещаться между разными частями генома, — могут помогать растениям адаптироваться к стрессовым и меняющимся условиям.

Используя передовой метод секвенирования, исследователи из Окинавского института науки и технологий (OIST) и Центра устойчивых ресурсов RIKEN обнаружили, что модельное растение Arabidopsis thaliana экспрессирует тысячи гибридов между обычными генами и транспозонами. Растение изменяет экспрессию этих гибридных генов в ответ на стрессы, такие как чрезмерная жара или патогены. Эти открытия могут способствовать созданию новых сельскохозяйственных культур, лучше справляющихся со стрессовыми условиями.

Обычно растения и животные подавляют активность транспозонов, так как они могут встраиваться в гены и вызывать вредные мутации. Однако в новом исследовании учёные обнаружили, что A. thaliana экспрессирует тысячи гибридных молекул РНК, называемых генно-транспозонными транскриптами. Они возникают, когда транспозон перемещается вблизи или внутри гена и экспрессируется вместе с ним.

Для идентификации этих транскриптов использовался метод Direct RNA Sequencing, способный считывать длинные последовательности РНК. Затем с помощью разработанного вычислительного инструмента ParasiTE транскрипты были классифицированы по влиянию транспозона на ген.

Систематическое изучение влияния стрессов показало:

• Транспозон ONSEN вызывал изменение экспрессии связанного с ним гена GER5 в ответ на чрезмерную жару.
• Подавление экспрессии генно-транспозонных транскриптов гена RPP4 (который производит белок для борьбы с патогенами) влияло на устойчивость растения к инфекциям.

Таким образом, генно-транспозонные транскрипты могут помогать растениям адаптироваться к стрессам. «Транспозоны могут регулировать свои ассоциированные гены сложным образом, изменяя их последовательность ДНК и модулируя экспрессию и стабильность. Это может быть очень важно для жизни растений и их реакции на меняющиеся условия», — отмечает ведущий автор работы доктор Джереми Бертелье.

Исследование также может быть полезно для создания устойчивых культур. «Мы можем изучать другие важные сельскохозяйственные виды, находить больше генов с транспозон-зависимой регуляцией и редактировать их для создания более продуктивных культур», — говорит старший автор, профессор Хидэтоси Садзэ.