Uczestnicy programu Międzynarodowe Projekty Doktoranckie Fundacji na rzecz Nauki Polskiej z Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu, dokonali odkrycia, które pozwoli na kontrolowanie procesu rozwoju roślin, a także umożliwi modulację ich odpowiedzi na stresy biotyczne i abiotyczne. Wyniki badań publikuje prestiżowy miesięcznik EMBO Reports – przeczytaj artykuł
Badania zostały przeprowadzone przez mgr. Dawida Bielewicza oraz prof. dr hab. Zofię Szweykowską-Kulińską i prof. dr hab. Artura Jarmołowskiego z Zakładu Ekspresji Genów Instytutu Biologii Molekularnej i Biotechnologii Wydziału Biologii UAM w Poznaniu wraz ze współpracownikami z Uniwersytetu w Bazylei i Uniwersytetu Medycznego w Wiedniu. Badacze odkryli istotną rolę intronów genów roślinnych mikro RNA w regulacji poziomu dojrzałych cząsteczek mikro RNA.
Mikro RNA są kluczowymi regulatorami poziomu ekspresji genów wszystkich organizmów eukariotycznych. U roślin mikro RNA kontrolują między innymi czas kwitnienia, rozwój organów, a także biorą udział w odpowiedzi roślin na zmiany w otaczającym je środowisku. Ich działanie polega na naprowadzaniu odpowiedniego kompleksu białkowego zawierającego mikro RNA do docelowych mRNA, i rozcinaniu bądź blokowaniu translacji mRNA. Same mikro RNA są jednak również obiektem działań wielu mechanizmów regulujących poziom ich ekspresji. Jeden z takich mechanizmów został właśnie odkryty przez polsko-szwajcarsko-austriacki zespół badaczy. W serii doświadczeń wykazali oni, że obecność intronów w pierwotnym transkrypcie stymuluje procesy dojrzewania cząsteczek mikro RNA. Ponadto badacze udowodnili, że sam proces wycinania (splicingu) intronów z transkryptu, również odgrywa ważną rolę stymulującą biogenezę mikro RNA.
Efekty badań po raz pierwszy wykazują, że obecność intronów w pierwotnym transkrypcie i splicing regulują poziom dojrzałych mikro RNA w komórce roślinnej. Można więc, poprzez zmiany struktury genów mikro RNA, regulować poziom ekspresji małych regulatorowych cząsteczek RNA, a tym samym wpływać na procesy rozwojowe u roślin oraz ich odpowiedź na stresy biotyczne i abiotyczne.
Bardzo podobne wyniki uzyskał zespół badawczy dra Oliviera Voinneta z Instytutu Biologii Komórkowej Roślin w Strasburgu we współpracy z Saschą Laubingerem z Uniwersytetu w Tybindze, a ich praca została opublikowana obok pracy zespołu polsko-szwajcarsko-austriackiego w tym samym tomie EMBO Reports.
Inspiracją prowadzonych badań były wcześniejsze odkrycia m.in. doktorantów i pracowników Zakładu Ekspresji Genów z UAM w Poznaniu, które pokazały, że choć mikro RNA są bardzo krótkimi cząsteczkami (około 20-25 nukleotydów), to geny kodujące te cząsteczki u roślin mogą mieć nawet kilka tysięcy nukleotydów. Dodatkowo w genach tych wykazano obecność intronów.
Znajomość mechanizmów kontrolujących biogenezę mikro RNA u roślin znajduje zastosowanie w uzyskiwaniu roślin użytkowych o ulepszonych cechach hodowlanych. Można do genomu rośliny użytkowej wprowadzić gen mikro RNA, w którym wymienimy odcinek DNA kodujący krótki mikro RNA na sztuczny, zaprojektowany w ten sposób, by, jako dojrzała cząsteczka, rozcinał mRNA żądanego białka. Zespół badaczy z Zakładu Ekspresji Genów pod kierownictwem Zofii Szweykowskiej-Kulińskiej i Artura Jarmołowskiego, we współpracy z badaczami z IHAR Młochów i IBB PAN w Warszawie, uzyskał linie ziemniaka, w których wyciszono poprzez sztuczne mikro RNA ekspresję pewnego genu kodującego białko ziemniaka (CBP80), a to pozwoliło uzyskać rośliny lepiej znoszące suszę niż rośliny, w których gen CBP80 ulegał ekspresji. Praca ta również ukazała się w prestiżowym czasopiśmie Plant Biotechnology Journal