Биологи, изучающие яблоки, обнаружили, что структурный белок клетки также напрямую регулирует транскрипцию генов.
Клеточный белок, который ранее считался только каркасом для ДНК, теперь, как было показано, также напрямую влияет на транскрипцию ДНК в РНК - первый шаг процесса, посредством которого генетический код организма выражает себя. Фундаментальный прорыв был обнаружен в клетках яблока, но он имеет отношение ко всем живым организмам, состоящим из клеток, содержащих ядро, включая людей.
Открытие, опубликованное в журнале Plant Cell, стало результатом сотрудничества между исследователями из Корнелльского университета и коллегами из Калифорнийского университета в Дэвисе и Шаньдунского сельскохозяйственного университета в Китае, пишет Криси Гашлер в релизе Корнелльского университета.
Каждая клетка в организме содержит свой полный генетический код. Но помогают ли вновь созданные клетки строить сердце или легкие, листья или фрукты, зависит от того, как этот генетический код интерпретируется специализированными белками, называемыми факторами транскрипции.
Факторы транскрипции являются главными регуляторами экспрессии генов и поэтому пользуются большим спросом у ученых. Ученые-биологи могут использовать факторы транскрипции для нацеливания желаемых признаков в новых сортах сельскохозяйственных культур, а исследователи-медики могут использовать их для разработки новых фармацевтических препаратов.
Клеточные белки, называемые линкерными гистонами, были открыты в конце 1800-х годов. Известно, что они влияют на генетическую экспрессию, например, обеспечивая структуру, организацию и сворачивание ДНК, но эта статья является первой, в которой показано, что линкерный гистон также напрямую регулирует экспрессию генов как фактор транскрипции.
«Раньше ученые всегда думали, что линкерные гистоны играют косвенную роль в регуляции экспрессии генов. Это первый случай - среди всех видов - продемонстрировавший, что линкерные гистоны напрямую регулируют экспрессию генов, — сказал старший автор Лайлян Чэн, профессор отделения садоводства Школы интегративной растениеводства в Колледже сельского хозяйства и наук о жизни. - Исследователи, работающие с другими растениями, животными и даже людьми, смогут использовать эту информацию для идентификации генов, на которые воздействуют линкерные гистоны, которые могут быть вовлечены в развитие заболеваний или некоторых других важных биологических процессов в будущем».
Чэн и его соавторы сделали это открытие, работая над пониманием того, как сахара и кислоты развиваются в яблоках. Такая информация может помочь селекционерам выводить новые сорта, поддерживать фермеров в выращивании урожая и улучшать качество фруктов при хранении.
В предыдущей работе исследователи генетически модифицировали яблоки, чтобы производить меньше сорбита, преобладающего сахара в листьях, который преобразуется во фруктозу в плодах, и обнаружили, что растения также накапливают меньше яблочной кислоты в плодах. Оба фактора важны для вкуса и аромата яблок.
«Это побудило нас искать молекулярные факторы, связывающие сахара с яблочной кислотой», - сказал Чэн.
Ученые использовали секвенирование РНК, чтобы понять генетическую экспрессию белков, важных для накопления сорбита и яблочной кислоты в плодах и листьях, и идентифицировали пять генов, которые, по-видимому, кодируют белки факторов транскрипции. Один из этих генов был похож на ген, известный тем, что создает линкерный гистоновый белок в Arabidopsis, растении семейства горчичных, которое широко используется в исследованиях биологии растений.
Используя мутант Arabidopsis, полученный в Университете Цюриха в Швейцарии, они продемонстрировали, что ген, который они обнаружили в яблоках, действительно кодирует линкерный гистон. Неожиданно они обнаружили, что этот линкерный гистон связывается с промотором гена, кодирующего белок, который транспортирует яблочную кислоту для хранения в клетках яблок, напрямую регулируя его экспрессию.
Чэн сказал, что будущие исследования могут изучить другие гены, которые линкерный гистон может регулировать напрямую; функцию этого линкерного гистона в других видах растений , чтобы изучить, насколько схоже ведут себя белки у разных видов; или прикладные исследования по использованию сорбита для улучшения вкусоароматической яблочной кислоты в яблочных культурах.
Да-Ган Ху, бывший постдокторант в лаборатории Чэна, а ныне профессор в Шаньдунском сельскохозяйственном университете, является первым автором соответствующей научной статьи. Другие авторы - Чжанцзюнь Фэй, профессор в Институте Бойса Томпсона, а также Мэнся Чжан, Чуньлун Ли и Дун Мэн, все постдокторанты в лаборатории Чэна.
Источник: Cornell University. Автор: Криси Гашлер.
Фото: DOI: 10.1093/plcell/koae328.
