Сотрудники Новосибирского госуниверситета и Института цитологии и генетики СО РАН выявили фрагменты некодирующей ДНК, ответственные за реакцию на появление гормона ауксина в клетках и тканях. Ученые из Голландии и Испании экспериментально подтвердили, что эти участки ДНК действительно играют важную роль в регуляции ответа на главный растительный гормон. Кроме того, зарубежным исследователям удалось обосновать и прогноз новосибирцев о том, что одна из найденных последовательностей отвечает не только за активацию работы ауксин-чувствительных генов, но и в некоторых случаях за их подавление. Результаты совместной работы были опубликованы в PNAS.
Гормон ауксин управляет протеканием практически всех процессов у растения с помощью специальных белков ответа на него. Однако до сих пор неизвестны подробности того, по какому принципу белки «выбирают» те или иные гены, чтобы запустить их работу. Международной группе ученых удалось закрыть часть белых пятен благодаря инициативе новосибирских биоинформатиков, которые специализируются на анализе полногеномных — а именно транскриптомных — данных. Последние дают сведения о том, какие гены активны в клетках или тканях.
— Мне было интересно понять, как ауксин — очень простое химическое соединение, регулирует почти каждое «движение» растения. Сделав распознавание данных, находящихся в открытом доступе, мы буквально «на кончике пера» открыли один из механизмов регуляции, обнаружив два элемента, которые очень часто встречаются в ауксин-чувствительных генах. Наши зарубежные коллеги подтвердили, что найденные последовательности играют значимую роль в регуляции ответа на гормон. Экспериментаторы генно-инженерным способом вводили мутации в ДНК, получали трансгенные растения и выяснили, что если у них «выключить» даже одну из последовательностей, то меняется облик растения. В частности, у корня остается один сосудистый пучок вместо двух — организм ослабевает, — рассказала руководитель новосибирской научной группы, старший научный сотрудник лаборатории компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики Факультета естественных наук НГУ Виктория Миронова.
Последовательности, обнаруженные командой ученых, отвечают за присоединение специальных белков, реагирующих на гормон и запускающих транскрипцию — считывание генетической информации. Ученые ФИЦ ИЦиГ СО РАН и НГУ предсказали, что одна из последовательностей, состоящая из нуклеотидов TGTCGG, гораздо более «привлекательна» для белков раннего ауксинового ответа, чем известная ранее и считавшаяся канонической последовательность TGTCTC.
— Детализировав кристаллическую структуру с использованием синхротронного излучения, наши коллеги физически обосновали то, что мы обнаружили биоинформатическими методами, — добавила Виктория Миронова.
Весной 2020 года новосибирские исследователи обработали массивы данных RNA-seq. Это наиболее современный метод изучения экспрессии генов. На предыдущих этапах работа велась с датасетами, произведёнными менее точным и чувствительным методом микрочипирования. Новые сведения позволили, во-первых, подтвердить правильность первоначальных выводов, а во-вторых, обнаружить связь одной из последовательностей не только с увеличением экспрессии гена в ответ на ауксин, а еще и со слабым ее подавлением.
По мнению Виктории Мироновой, найденные закономерности можно в перспективе применять для управления приспособляемостью растения к внешним факторам. Причем не привнося в растение чужеродных фрагментов ДНК, а лишь блокируя какие-либо участки в некодирующей части ДНК, которая еще совсем недавно считалась «мусорной». Такая методика принципиально отличается от разработки трансгенных растений, когда в ДНК вводится ген растения другого вида.