Цивилизация
Российские ученые проанализировали геном модельного растения — мха Physcomitrella patens — и нашли участки, которые кодируют функциональные маленькие белки. Оказалось, что некоторые области, считавшиеся ранее некодирующими, на самом деле являются первым звеном в цепи ДНК — РНК — белок. Результаты исследования помогут раскрыть функции длинных некодирующих РНК, облегчат поиск новых активных пептидов и анализ их роли. Работа опубликована в Genome Research и поддержана грантом Российского научного фонда.
В организмах живых существ есть небольшие участки ДНК размером до 300 пар нуклеотидов, которые могут потенциально кодировать маленькие белки. Их называют короткие открытые рамки считывания (иначе маленькие, или альтернативные). Короткие рамки считывания найдены в ДНК всех организмов, однако их обычно отбрасывают при биоинформатическом анализе генома. Это приводит к тому, что кодирующий потенциал геномов остается неизученным, а биологическая роль продуктов считывания этих коротких рамок зачастую недооценивается. В своей статье российские ученые продемонстрировали комплексный подход к изучению, совместив постановку компьютерных экспериментов с лабораторными. Они выявили приблизительно 70 тысяч маленьких рамок считывания на молекулах РНК модельного растения — мха Physcomitrella patens, одного из самых популярных и достаточно хорошо изученных объектов растительной биологии. Более 5000 из них оказались консервативными, то есть мало изменявшимися в процессе эволюции у всех организмов, поэтому они встречались не только у мха.
Свои предположения о значимости кодируемых микробелков авторы подтвердили экспериментальными данными. Например, для оценки кодирующего потенциала найденных коротких рамок считывания они провели масс-спектрометрический анализ — своеобразное «взвешивание» пептидов — и соотнесли полученный набор данных с ожидаемым. Таким образом ученым удалось подтвердить синтез 46 пептидов из различных частей мха.
После этого некоторые из них отобрали для дальнейшего анализа, получив мутантные линии, в которых пептида образовывалось либо больше, либо его не было совсем. Оказалось, что выбранные для проверки микробелки участвуют в регуляции развития и роста мха. При «выключении» найденных генов, например отвечающих за синтез пептидов psep3 и psep25, наблюдалось снижение роста растения, а их избыточная работа приводила к разнообразным внешним эффектам или появлению новых гаметофоров — частей, несущих половые органы.
«Знания о пептидах растений сильно ограничены, хотя с их помощью человек сможет регулировать рост и развитие растений, а также защищать их от патогенов», — говорит руководитель проекта Игорь Фесенко, кандидат биологических наук и старший научный сотрудник лаборатории функциональной геномики и протеомики растений Института биоорганической химии имени М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН. В настоящее время научный интерес к теме начал стремительно расти, особенно из-за того, что причина некоторых заболеваний человека лежит в нарушении альтернативных рамок считывания.
