Их результаты, опубликованные сегодня в Nature Communications, показали, что конкретная некодирующая геномная область важна для правильного развития мужских и женских репродуктивных органов у риса.
«Рис – одна из основных сельскохозяйственных культур мира и основной продукт питания во многих странах, включая Японию», – сказал д-р. Рейна Комия, старший автор исследования и младший научный сотрудник OIST Science and Technology Group. "Дальнейшие исследования того, как эти области генома влияют на воспроизводство растений, потенциально могут привести к повышению урожайности и более стабильным урожаям риса."
Многие предыдущие исследования развития были сосредоточены на генах – участках ДНК, которые содержат инструкции по созданию белков. Но у сложных существ, таких как растения и животные, большая часть генома – обычно от 90 до 98% – на самом деле не кодирует белки.
Обширность этой «мусорной ДНК» долгое время озадачивала биологов, и многие называли ее «темной материей» генома.
Но недавние исследования показывают, что многие из этих некодирующих участков генома все же могут иметь функцию, давая начало некодирующей РНК.
Ученые определили множество типов некодирующих РНК, от небольших молекул длиной всего 20-30 нуклеотидных оснований до длинных молекул длиной более 200 нуклеотидов.
Хотя исследования показывают, что некодирующая РНК играет жизненно важную роль в регуляции экспрессии генов – процессе, в котором инструкции гена используются для создания РНК или белка, – точная функция каждой конкретной некодирующей РНК остается плохо изученной.
Доктор. Комия особенно интересуется репродуктивно-специфическими РНК. "Это некодирующие РНК, которые образуются репродуктивной системой.
Я хотел выяснить, какую роль они играют в развитии тычинок и пестиков, мужских и женских репродуктивных органов у растений."
Создание мутантов
В своем исследовании доктор.
Группа Комии сосредоточилась на специфичной для репродукции микроРНК – основном классе малых некодирующих РНК – под названием микроРНК2118.
Ученые создали мутантные штаммы риса, удалив область генома, содержащую несколько копий определенной последовательности ДНК, дающей начало микроРНК2118. Они обнаружили, что мутантные штаммы были стерильными и показали аномалии в структуре тычинок и пестиков.
«Это означает, что роль микроРНК2118 в правильном развитии тычинок и пестиков важна для плодородия растений», – сказал д-р.
Комия.
Выявление РНК и зондирующих белков
Чтобы глубже понять, как микроРНК2118 контролирует развитие пыльника, ученые затем определили, на какие другие молекулы влияет микроРНК2118.
Они обнаружили, что микроРНК2118 запускает расщепление длинной некодирующей РНК, производя множество крошечных молекул РНК, называемых вторичными малыми РНК.
«Интересно, что эти малые РНК были богаты урацилом, одним из четырех нуклеотидных оснований, обнаруженных в РНК, что очень необычно по сравнению с другими малыми РНК», – сказал д-р. Комия. «Мы надеемся выяснить точную функцию этих малых РНК – и важно ли это различие в нуклеотидном составе – в дальнейших исследованиях."
Ученые также обнаружили, что два белка Argonaute, которые продуцируются только в тычинках, зависят от присутствия микроРНК2118. Предыдущие исследования показали, что белки Argonaute объединяются с небольшими РНК для выполнения многих регуляторных функций, таких как подавление генов и расщепление РНК.
Доктор. Поэтому группа Комии предполагает, что белки Argonaute могут взаимодействовать с микроРНК2118, чтобы запустить производство вторичных малых РНК.
Белки также могут взаимодействовать со вторичными малыми РНК, чтобы заглушить определенные области генома. Команда надеется выяснить, как именно белки Argonaute и вторичные малые РНК влияют на развитие репродуктивной системы растений в дальнейших исследованиях.
"Размножение является важным явлением передачи генетической информации следующему поколению и имеет важное значение для поддержания стабильного урожая.
Однако развитие репродуктивной системы сложно, и многие аспекты остаются неизвестными », – заключил д-р. Комия. "Это исследование показывает, что некодирующие РНК, полученные из участков генома, которые считались нефункциональными, жизненно важны для воспроизводства растений. Дальнейшее изучение некодирующих РНК – интересная и важная область исследований."