ТАСС, 20 ноября. Молекулярные биологи выяснили, что активность многих генов растений зависит не только от их собственной структуры и эпигенетических изменений, но и того, в какой части ядра клеток они находятся. Статью с выводами ученых опубликовал научный журнал Nature Communications.
"Как правило, оболочке ядра клеток во всех учебниках молекулярной биологии уделяется минимальное значение. Мы показали, что геном растений не дрейфует бесцельно внутри ядра их клеток. Мы предполагаем, что положение тех или иных участков ДНК относительно оболочки ядра не случайно", – рассказал об исследовании один из его авторов, профессор Токийского университета Сатихиро Мацунага.
Гены нужны живым организмам для того, чтобы передавать по наследству важную информацию – в них зашифрованы "инструкции" по воспроизводству белков, которые нужны для жизнедеятельности. Однако в этом процессе участвуют не только гены с "инструкциями", но и некоторые их соседи. Такие гены сами ничего не производят, но следят за тем, чтобы в нужное время и в нужном месте формировались белки или другие вещества.
Совокупность таких генов ученые называют эпигеномом, а науку, которая их изучает – эпигенетикой. Благодаря подобным "менеджерам" организмы быстро адаптируются к новым условиям среды или гибко меняют программу поведения в ответ на определенные факторы.
В ходе одного из самых изученных эпигенетических механизмов – метилирования ДНК – к составляющим генетического кода, нуклеотидам, прикрепляются специальные "метки", которые влияют на дальнейшие механизмы производства белков. К примеру, некоторые растения используют эпигенетические метки для того, чтобы "запоминать" засухи, приспосабливаться к ним и передавать эту информацию "потомкам".
Ядро и гены
Мацунага и его коллеги открыли еще один возможный механизм управления активностью генов, характерный только для растений. В ходе своего исследования они наблюдали, как на разных стадиях жизни менялась форма ядра клеток растения арабидопсис – близкого родича капусты. Кроме того, они следили, как искусственные изменения очертаний этой формы влияли на жизнедеятельность растений.
Для этого ученые удаляли один из четырех генов из семейства CRWN, которые управляют производством белков оболочки ядра. После этого исследователи следили, как менялась его форма и активность всех остальных значимых участков ДНК, а также поведение и внешний вид растений. Как показали эти опыты, удаление любого из четырех генов радикальным образом меняло жизнедеятельность саженцев, резко снизив активность генов, связанных с выводом меди и некоторых других веществ из их клеток.
В результате этого рост таких генно-модифицированных растений резко замедлялся, если те попадали в почву с высоким содержанием меди, несмотря на то, что структура и "упаковка" их ДНК была такой же, как и у саженцев арабидопсиса из контрольной группы, не реагировавших на ионы металла подобным образом.
Последующие наблюдения показали, что эти изменения в активности генов были напрямую связаны с изменениями в форме ядра. Как выяснили исследователи, все гены, отвечавшие за вывод ионов меди из клеток арабидопсиса, находились рядом с оболочкой ядра при отсутствии мутаций в генах CRWN, но оказывались в его глубинных слоях при их появлении.
Как считает профессор Мацунага, это говорит о том, что оболочка ядер растительных клеток непосредственно влияет на считываемость и уровень активности их генов. Дальнейшее изучение этой особенности растений поможет понять, какую роль в их жизни играют взаимодействия между оболочкой ядер их клеток и генами, а также оценить их "вклад" в эволюцию современной флоры, отметили ученые.