ZIF2 — это название нового гена, открытого командой Паулы Дуке. Пройдя генетические исследования и исследования клеточной биологии на модели растения Arabidopsis thaliana, исследователи обнаружили, что ген ZIF2 производит белок, который переносит ионы цинка в «отсек» (вакуоль) корневых клеток, предотвращая его распространение в другие органы растения.
Чтобы изучить, защищает ли белок ZIF2 растение от токсичных уровней цинка, были получены растения, которые либо лишены ZIF2, либо содержат повышенные уровни белка. Исследователи заметили, что в присутствии высоких уровней цинка растения без ZIF2 были менее устойчивы к металлу; их корни стали короче, выработка хлорофилла была нарушена, и в конечном итоге биомасса растения уменьшилась. Напротив, растения, экспрессирующие больше белка ZIF2, лучше справлялись с высокими уровнями цинка; корни росли длиннее, производилось больше хлорофилла и биомассы. Эти результаты показали, что ZIF2 важен для растений, чтобы справляться с токсичными уровнями цинка.
При проведении генетических исследований, описанных выше, исследовательская группа заметила, что ген ZIF2 продуцирует более одной промежуточной молекулы рибонуклеиновой кислоты (РНК) до синтеза белка. Когда ген активируется, генерируется молекула РНК, которая служит посредником для перевода генетической информации в белок. Появление более чем одной молекулы РНК может быть результатом механизма обработки, называемого альтернативным сплайсингом, который удаляет различные сегменты внутри РНК, генерируя молекулы разных размеров.
Поэтому команда Дуке решила исследовать, играют ли две молекулы РНК ZIF2 разную роль в защите растений от цинка. Они обнаружили, что, хотя обе молекулы приводили к производству одного и того же белка ZIF2, более длинная форма приводит к образованию большего количества белка, чем более короткая молекула РНК. Заинтригованные этими результатами, исследователи исследовали лежащий в основе генетический механизм. Они обнаружили, что две РНК ZIF2 возникли в результате альтернативного сплайсинга в области РНК, которая не влияет на «сообщение» белка, но тем не менее контролирует уровни продукции белка ZIF2.
Исследовательская группа также обнаружила, что цинк был спусковым крючком для этого события обработки. В присутствии более высоких уровней цинка эта область молекулы РНК не удалялась, создавая более длинную форму молекулы РНК. Это приведет к увеличению продуцирования белка ZIF2 и, следовательно, обеспечит большую защиту растений от цинка.Паула Дуке говорит: «Мы поражены нашими результатами.
Растения разработали очень« умный »генетический механизм, который позволяет им защищать растения от токсичных уровней цинка. Именно цинк сам по себе вызывает большее производство белка, который затем действует удерживать этот тяжелый металл в корнях растений, избегая его токсического воздействия на листья, цветы и другие надземные части растения. Почему возникает этот генетический механизм, мы не знаем, но мы предполагаем, что он позволяет растениям экономить энергию, производя больше белка только тогда, когда это действительно необходимо ».
Эстель Реми, научный сотрудник лаборатории Паулы Дюк и первый автор этого исследования, добавляет: «Мы также заметили, что область РНК ZIF2, которая подвергается этому альтернативному процессингу, может использоваться для увеличения экспрессии других белков. Это усиливает наши результаты. не только для использования в стратегиях биообогащения сельскохозяйственных культур, но и для обработки почв, загрязненных цинком ».