Как растительная ДНК избегает разрушительного воздействия УФ-излучения?
Если ультрафиолетовое излучение от Солнца повреждает человеческую ДНК, что может вызвать проблемы со здоровьем, то ультрафиолетовое излучение также повреждает ДНК растений?
Ответ да, но растения не могут спрятаться от Солнца или нанести солнцезащитный крем, зато у них есть надежный набор для восстановления ДНК. Лаборатория Школы медицины, которую возглавляет Нобелевский лауреат Азиз Санкар, доктор медицинских наук, опубликовала исследование этой мощной системы восстановления ДНК у растений.
Исследование, опубликованное в Nature Communications, является первой картой восстановления всего многоклеточного организма. Выявлено, что система «восстановления нуклеотидного удаления» работает гораздо эффективнее в активных генах растений по сравнению с человеком. И эта эффективность зависит от цикла день / ночь.
«Результаты продвигают наше понимание механизмов репарации ДНК, распространенных среди всех организмов, а также могут иметь практическое применение», — сказал соавтор Огун Адебали, докторант-исследователь в лаборатории Sancar.
«Ущерб от повреждения ДНК на растении будет ухудшать его рост и развитие, поэтому усиление системы восстановления нуклеотидного удаления может стать хорошей стратегией для улучшения урожайности культур».
Для исследования ученые использовали метод коррекции иссечений и восстановления, который они недавно разработали, известный как XR-seq. Этот метод позволяет им обнаруживать и кодировать короткие длины поврежденной ДНК, которые вырезаются из хромосом во время процесса эксцизионной репарации. Последовательности этих фрагментов ДНК могут быть сопоставлены с соответствующими участками ДНК в контрольном геноме, чтобы точно отображать пятна, где повреждение ДНК восстанавливается.
Исследователи UNC выполнили сканирование XR-seq на клетках растений, подвергшихся воздействию ультрафиолетового облучения, — Arabidopsis thaliana, своего рода «лабораторная крыса» для исследований растений, также известная как Резуховидка Таля.
Полученные в результате ремонтные карты показали, что ремонт исправлений в Arabidopsis работает быстрее на активных генах. Гены, когда они активны, транскрибируются в нити РНК, которые затем могут быть переведены в белки, основной механизм клеток. Предварительные исследования лаборатории Sancar показали, что эксцизионная репарация работает более эффективно для активно транскрибируемых генов у животных и бактерий. Считается, что феномен развился как способ прямого восстановления ДНК, где он наиболее остро необходим.
«Мы обнаружили, что скачок эффективности ретрансляционного восстановления еще более выражен у растений, чем у животных или бактерий», — говорят исследователи.
Лаборатория Sancar провела XR-seq на облученных образцах Arabidopsis в течение 24-часовых периодов, обнаружив, что эффективность восстановления, связанного с транскрипцией, также варьируется в зависимости от «суточного» дневного / ночного цикла на величину от 10 до 30 процентов генов Arabidopsis. Это отражает нормальные суточные изменения активности транскрипции в этих генах.
«Результаты показывают, что эксцизионная репарация в растениях регулируется во многом так же, как и в других организмах, — чтобы максимизировать эффективность», — сказал Озтас.
Лаборатория Sancar планирует продолжить исследования, направленные на решение двух загадок об эксцизионной репарации в растениях. Одна из них заключается в том, что действие системы эксцизионной репарации приводит к увеличению мутаций генома растений, даже когда растение хранится в темноте, вдали от УФ или других форм света.
«Это означает, что эксцизионная репарация необходима, чтобы исправить повреждение ДНК от других, неизвестных факторов помимо УФ», — говорят исследователи. «Мы хотели бы идентифицировать и охарактеризовать эти неизвестные факторы и выяснить, как репарация исправляет типы ущерба, который причиняют другие факторы».
Система репарации растений также включает несколько иной набор ремонтных белков, чем в других организмах. Ученые UNC надеются определить, почему это так происходит, и как отличительный набор протеиновых восстановительных белков растений работает, чтобы сохранить геномы растений в хорошем состоянии.