Редактирование РНК может играть роль в коммуникации хлоропласта с ядром.

Редактирование РНК может играть роль в коммуникации хлоропласта с ядром.

Ученые из Солка обнаружили связь между редактированием РНК и взаимодействием хлоропластов с ядром, которая может помочь растениям адаптироваться к меняющемуся миру.

ЛА-ХОЛЬЯ. Как будет выглядеть мир, когда на три градуса потеплеет? Как поведут себя растения в более экстремальных погодных условиях? Испытывая стресс или повреждения из различных источников, растения используют связь между хлоропластами и ядром, чтобы регулировать экспрессию генов и помогать им справляться.

Теперь исследователи Института Солка обнаружили, что GUN1 — ген, который интегрирует многочисленные ретроградные сигнальные пути от хлоропласта к ядру — также играет важную роль в том, как белки вырабатываются в поврежденных хлоропластах, что дает новое представление о том, как растения реагируют на стресс. Статья была опубликована в Труды Национальной академии наук (ПНАС) 15 апреля 2019 года и может помочь биологам вывести растения, способные лучше противостоять стрессовым факторам окружающей среды.

«Изменение климата может серьезно повлиять на нашу продовольственную систему. Когда растения испытывают стресс, например, в засуху, они дают более низкие урожаи. Если мы поймем, как растения реагируют на стресс, то, возможно, мы сможем разработать способ повысить их устойчивость и поддерживать высокое производство пищи», — говорит профессор Солк. Джоан Чори, директор Лаборатории молекулярной и клеточной биологии растений и старший автор статьи.

В растительных клетках структуры, называемые хлоропластами, преобразуют энергию солнечного света в химическую энергию (фотосинтез). В норме ядро ​​клетки передает информацию хлоропластам для поддержания постоянного производства энергии. Однако в стрессовой среде хлоропласты посылают сигнал тревоги обратно в ядро ​​клетки, используя ретроградную передачу сигналов (создавая петлю обратной связи связи между хлоропластом и ядром). Этот SOS вызывает ответ, который помогает регулировать экспрессию генов в хлоропластах и ​​ядре, чтобы оптимизировать производство энергии от солнечного света.

Ранее лаборатория Chory идентифицировала группу генов, в том числе GUN1, которые влияют на экспрессию других генов в клетке, когда растение испытывает стресс. GUN1 накапливается в стрессовых условиях, но до сих пор было трудно расшифровать точную молекулярную функцию GUN1.

 «Растения часто испытывают стрессовые факторы окружающей среды, поэтому должен существовать путь связи между хлоропластом и ядром, который помогает растению знать, когда экономить энергию при возникновении травмы», — говорит Сяобо Чжао, первый автор и научный сотрудник лаборатории Чори. «Оказывается, GUN1 играет в этом большую роль».

Чтобы понять, как GUN1 регулирует связь между хлоропластом и ядром, ученые наблюдали за растениями с функциональным и нефункциональным GUN1 при фармакологическом лечении, которое могло повредить хлоропласты. У растений без GUN1 экспрессия генов изменилась, как и редактирование РНК в хлоропластах. (Редактирование РНК — это модификация РНК, которая изменяет идентичность нуклеотидов, так что информация в зрелой РНК отличается от информации, определенной в геноме, изменяя инструкции по созданию белков.) Некоторые области РНК подвергались большему редактированию и другим местам. было меньше редактирования, что позволяет предположить, что GUN1 играет роль в регуляции редактирования РНК хлоропластов.

После дальнейшего анализа команда неожиданно обнаружила, что GUN1 сотрудничает с другим белком, MORF2 (неотъемлемым компонентом комплекса редактирования РНК растений), чтобы влиять на эффективность редактирования РНК во время связи между хлоропластом и ядром в поврежденных хлоропластах. Повышенная активность MORF2 привела к широко распространенным изменениям редактирования, а также к дефектам развития хлоропластов и листьев даже в нормальных условиях роста (см. изображение). В периоды стресса и травм перепроизводство MORF2 также приводило к нарушению связи между хлоропластом и ядром.

«В совокупности эти результаты указывают на возможную связь между связью между хлоропластами и ядром и редактированием РНК хлоропластов, которые являются важными регуляторными функциями для цветковых растений, особенно во время стресса», — говорит Чори, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза и обладатель сертификата Howard H. , и Марьям Р. Ньюман заведует кафедрой биологии растений.

Затем исследователи планируют изучить механизм того, как изменения в редактировании РНК в хлоропластах активируют сигналы, которые могут быть переданы ядру, и как эти модификации изменяют способность растения реагировать на стресс.

Среди других авторов был Цзяньян Хуанг, научный сотрудник лаборатории Chory.

Работа финансировалась Министерством энергетики США (DE-FG02-04ER15540) и Медицинским институтом Говарда Хьюза.

DOI: 10.1073 / pnas.1820426116