Профессор Марья Тиммерманс и группа ученых из лаборатории Колд-Спринг-Харбор (CSHL) обнаружили назначение одного такого инструмента, который присутствует как во мхах, так и в цветковых растениях, организмах, общий предок которых насчитывает 450 миллионов лет.Как они сообщают в Developmental Cell, инструмент, состоящий из генной сети, включающей фрагмент некодирующего генетического материала, называемого малой РНК, и белок, который он регулирует, использовался на протяжении веков, чтобы сделать растения более чувствительными к сигналам окружающей среды и обеспечить надежную, но гибкую реакцию на эти сигналы.
Малые РНК регулируют активность генов с помощью механизма, называемого РНК-интерференцией (РНКи). Один набор малых РНК, называемый tasiARF, был высоко консервативен на протяжении всей эволюции наземных растений. tasiARF регулирует генетическую экспрессию белков, называемых факторами ответа на ауксин (ARF). Было обнаружено, что вместе генная сеть tasiARF / ARF играет роль в развитии половых органов, корней и листьев цветковых растений. Удивительно, но эта генная сеть также встречается у мхов, которые не обладают ни одной из этих анатомических особенностей.
«Это поднимает вопрос о том, что действительно дает регулирование tasiARF, что является полезным — настолько полезным, что оно сохранялось в течение эволюционного времени, а затем, вдобавок к этому, использовалось снова и снова», — говорит Тиммерманс. который также является профессором Александра фон Гумбольдта в Центре молекулярной биологии растений Тюбингенского университета, Тюбинген, Германия.Чтобы раскрыть секрет многократного развертывания генной сети tasiARF, исследователи изучили ее функцию в реакции видов Physcomitrella patens на ауксин, гормон, действие которого было впервые изучено Чарльзом Дарвином.
Ауксин, который, как и tasiARF, является древним, влияет на развитие растений по-разному, делая регулирование реакции на этот гормон ключевым приоритетом для растений.Исследователи обнаружили два преимущества, которые tasiARF придает ауксиновой реакции Физкомитреллы.
Во-первых, tasiARF делает мох более чувствительным к ауксину. Во-вторых, tasiARF делает более стабильной и однородной экспрессию генов, которые стимулируются восприятием ауксина.
В то время как tasiARF влияет на чувствительность к ауксину и устойчивость экспрессии генов на уровне отдельных клеток, группа Тиммерманса также обнаружила уникальное свойство малой РНК, характерное для всего организма. По всей системе волокон, из которых состоит ранний мох, некоторые клетки имеют высокий уровень tasiARF и, следовательно, более чувствительны к ауксину, а некоторые нет, и, следовательно, менее чувствительны к гормону.«Здесь становится интересно людям из других областей», — говорит Тиммерманс. По ее словам, в присутствии ауксина стволовые клетки на концах нитей дифференцируются.
Не в интересах растения позволять всем стволовым клеткам в его системе волокон дифференцироваться одновременно. Скорее, если дифференцируется только часть этих клеток, оставшиеся стволовые клетки могут реагировать по-разному в случае изменения окружающей среды, обеспечивая некоторую подстраховку.«Как только стволовая клетка решает стать клеткой определенного типа, она делает это надежным образом», — говорит Тиммерманс. «Однако растение может сделать ставку на весь организм». Тиммерманс считает, что генные сети, такие как tasiARF / ARF, которые регулируются малыми РНК, могут позволить аналогичные стратегии хеджирования ставок у других растений и животных.
Тиммерманс и ее коллеги считают, что способность tasiARF способствовать чувствительной и устойчивой реакции на ауксин, а также пространственно регулировать эту реакцию внутри растения, сделала его таким незаменимым инструментом за 450 миллионов лет эволюции растений.«Это исследование важно, потому что оно затрагивает очень много дисциплин», — говорит Тиммерманс. «Да, это важно для исследователей растений, но это также действительно добавляет к тому, что мы знаем об эволюции».
