Биологи изучили белок, который делает растения карликами

Рост и развитие растений часто исследуют с помощью модельного организма — резуховидки Таля, или арабидопсиса Arabidopsis thaliana. Это небольшое растение из семейства крестоцветных, имеющее компактный и хорошо изученный геном. Действительно, последовательность ДНК арабидопсиса получили более 20 лет назад, в числе первых. Благодаря чему отслеживать эффект мутаций в различных генах с изменениями строения и физиологии на примере этого растения особенно удобно.

Хотя биологи давно и старательно изучают регуляцию растительных организмов (большой вклад в это внес еще Чарльз Дарвин), они по-прежнему умудряются находить новые ее механизмы — и вот только что открыли совершенно новый.

В этом пути регуляции участвуют белки из обширного семейства PPR. Ранее ученым было известно об их участии в созревании РНК внутри митохондрии. Однако теперь их связывают с совершенно другой функцией — управлением ростом растительного организма и определением его размера.

В новой статье в журнале Scientific Reports за авторством ученых из Франции и Германии описан один из белков PPR. Он представляет собой компонент рибосом митохондрий и участвует в синтезе новых белков. Авторам пока не известен механизм этого явления, но PPR определенно как-то влияет на размер растения. Поэтому, если соответствующий ген DWEORG1 (часть ДНК, которая кодирует аминокислотную последовательность белка) «выключить» с помощью генного нокаута, рост арабидопсиса замедляется и растение становится карликом. Причем его строение и другие свойства остаются в норме.

Как известно, геномная ДНК содержится не только в ядре. Собственные небольшие геномы имеют и некоторые органеллы: митохондрии и, в случае растений, хлоропласты. Последовательности PPR закодированы в ядерной ДНК, которая переходит в форму матричной РНК и переносится к рибосомам, где на ее основе синтезируются белки. И лишь затем, благодаря особому пути направленного транспорта, PPR попадают в митохондрии, где и выполняют свои функции.

Среди белков этого семейства недавно выделили группу, которая работает внутри рибосом митохондрий, — белки rPPR. Дело в том, что, помимо рибосом в цитоплазме (основной части клетки), такие органеллы — «фабрики по производству белков» есть и внутри митохондрий. Это связано с бактериальным прошлым органелл: на заре эволюции митохондрии возникли при внедрении одних клеток в другие.

«Мы нашли подтверждения прямого участия гена DWEORG1 в митохондриальной трансляции (синтез белка на матрице РНК. — Прим. ред.) — поясняет доктор Стефани Грютнер (Stefanie Grüttner). — Растения, у которых во время эксперимента был нокаутирован DWEORG1, имели сниженную эффективность трансляции, что также следует из резкого падения количества белка».

В то же время DWEORG1, похоже, не играет решающего значения для функционирования организма как целого. Именно поэтому его нокаутирование не изменило остальные свойства растений, ставших карликовыми, и не убило их.

Авторы полагают, что эволюционная роль данного белка состоит в поддержании стабильности тех генов, которые важны для работы митохондрий. Они надеются, что их открытие может быть использовано аграриями для модификации сельскохозяйственных культур в условиях изменений климата.