Прививаемые растения обмениваются молекулярными инструкциями
После
прививки привой и подвой шлют друг другу огромное количество
молекулярных «писем», которые по-новому настраивают активность
растительных генов.
Прививку в садоводстве используют не одну тысячу лет: уже в древнем
Китае люди знали, что если к стеблю или стволу одного растения (подвой)
привить побег другого растения (привой), то можно получить дерево или
куст с новыми, лучшими свойствами, чем у подвоя и привоя по отдельности.
То есть если культурный сорт, у которого, например, вкусные плоды, но
который неустойчив к болезням, привить к дикому, у которого плоды
невкусные, но который устойчив к инфекциям и климатическим
неприятностям, то потом побеги с такого гибрида будут объединять в себе
экологическую неприхотливость с вкусными плодами. В таком виде всё
выглядит просто, но на самом деле прививка – довольно сложный процесс,
сродни искусству. И мы до сих пор не вполне понимаем, как, собственно,
получается так, что признаки разных растений объединяются после
прививки.
Персиковое дерево с привоем. (Фото Joel Ignacio / Flickr.com.) ‹›
Можно предположить – что будет, наверно, единственным разумным
предположением – что генетический материал привоя и подвоя влияют друг
на друга. Гены зашифрованы в ДНК, но сама ДНК между растениями не
бегает, роль агента влияния выполняют особые регуляторные молекулы РНК.
Как показали в своих экспериментах исследователи из Института биологических исследований Солка,
небольшие молекулы РНК приходят из привоя в подвой (и обратно),
стимулируя метилирование некоторых участков ДНК, после чего эти участки
делаются неактивными. Всё описанное называется эпигенетической
регуляцией генетической активности, и здесь, пожалуй, следует напомнить,
в чём смысле метилирования и что такое регуляторные РНК.
Когда к азотистым основаниям, из которых состоит ДНК, специальными
ферментами присоединяются химические метильные группы, то такое место
оказывается недоступным для других белков, которые считывают с ДНК
генетическую информацию и синтезируют на ней информационную РНК –
молекулу-посредника, на которой происходит синтез белка.
(Соответственно, деметилирование приводит к противоположному результату –
к активации гена.) Что же до регуляторных РНК, то они тоже
синтезируются на своих участках ДНК, но в них нет никакой информации о
белковых молекулах. Зато такие РНК могут управлять активностью других
генов, и один из способов вмешательства в генетическую активность –
сотрудничество с аппаратом метилирования: регуляторные малые РНК
показывают ему, какой участок ДНК нужно отключить. Все эти
эпигенетические процессы (то есть происходящие поверх собственно
генетической информации) используются живыми организмами чрезвычайно
широко, и вот, как оказалось, взаимоотношения привоя и подвоя без них
тоже не обходятся.
В ранних экспериментах удалось показать, что влияние регуляторных РНК
от привоя проявляется на трёх взятых для примера участках ДНК подвоя.
Новую серию опытов Джозеф Экер (Joseph R. Ecker) и его коллеги
затеяли для того, чтобы более-менее количественно оценить масштаб
феномена. Исследователи использовали три варианта растений Arabidopsis thaliana:
два были обычными дикорастущими разновидностями, а третий – мутант,
который не мог синтезировать никаких регуляторных РНК и в котором можно
было точно оценить присутствие чужих молекул.
Как пишут авторы работы в PNAS,
эпигенетическое влияние при прививке распространялось на тысячи
участков ДНК; от растения к растению шёл целый вал молекулярных «писем».
Причём большая часть инструкций касалась тех зон генома, где сидели так
называемые мобильные генетические элементы – транспозоны. Так называют
особые последовательности, обладающие способностью к самокопированию в
пределах генома – они распространяются по всей ДНК и могут нарушить
работу важных генов, приходя туда, куда их не просят.
Растения, по сравнению с животными, к транспозонам относятся терпимее,
переносят их присутствие относительно легко, но и у них мобильные
генетические элементы способны дестабилизировать геном и тем самым
уменьшить устойчивость к инфекциям, снизить плодовитость и т. д. Так что
масса регуляторных РНК, которые, придя на новое место, «натравливают»
на транспозонную ДНК метилирующий аппарат и, таким образом, инактивируют
транспозоны, оказываются очень кстати. Хотя не исключено, что прививка
сопровождается и другими молекулярно-генетическими «бонусами». Остаётся
только подивиться, до чего же сложные процессы происходят в растениях во
время этой процедуры, которую садоводы и агротехники проделывали с
давних времён.
Что же до каких-то характерных внешних проявлений эпигенетического
взаимовлияния привоя и подвоя, то сейчас ничего такого заметить не
удалось, да и на генетическом уровне крупных изменений не было (если
говорить о чём-то, помимо транспозонов). Авторы работы полагают, что
причиной тому – небольшая сложность генома A. thaliana, на
котором ставили опыты, и что на растениях, более богатых генетически
(например, на помидорах), эффект от обмена эпигенетическими письмами
будет явно заметен. И, кто знает, может, в будущем, узнав всю
молекулярную подноготную прививки, можно будет многократно увеличить её
эффективность.
Автор: Кирилл Стасевич
Источник: nkj.ru
Источник: nkj.ru.
Рейтинг публикации:
|
Статус: |
Группа: Гости
публикаций 0
комментариев 0
Рейтинг поста: