«Повилика — облигатный паразит, а это означает, что она не может жить сама по себе», — сказал Майкл Дж. Экстелл, профессор биологии Университета Пенсильвании и автор статьи. «В отличие от большинства растений, которые получают энергию посредством фотосинтеза, повилика откачивает воду и питательные вещества из других растений, соединяясь с сосудистой системой хозяина с помощью структур, называемых гаусторией. Мы смогли показать это, помимо питательных веществ, которые поступают в повилику из Растение-хозяин через гаусторию, повилика передает микроРНК своему растению-хозяину, которые регулируют экспрессию генов-хозяев самым прямым образом ».
МикроРНК — это очень короткие кусочки нуклеиновой кислоты — материала ДНК и РНК, — которые могут связываться с матричными РНК, кодирующими белок. Это связывание микроРНК с информационной РНК предотвращает образование белка либо путем непосредственного блокирования процесса, либо путем запуска других белков, которые разрезают информационную РНК на более мелкие части. Важно отметить, что небольшие остатки информационной РНК могут затем функционировать как дополнительные микроРНК, связываясь с другими копиями информационной РНК, вызывая дальнейшее молчание генов.«Повилика, кажется, включает экспрессию этих микроРНК, когда вступает в контакт с растением-хозяином», — сказал Джеймс Х. Вествуд, профессор патологии растений, физиологии и науки о сорняках в Технологическом институте Вирджинии и еще один автор статьи. «Что действительно было интересно, так это то, что микроРНК специфически нацелены на гены-хозяева, которые участвуют в защите растений от паразита».
Когда на растение нападает паразит, он запускает ряд защитных механизмов. По одному из этих механизмов, аналогичных свертыванию крови после разреза, растения вырабатывают белок, который свертывает поток питательных веществ к месту нахождения паразита. МикроРНК повилики нацелена на информационную РНК, кодирующую этот белок, которая затем помогает поддерживать свободный поток питательных веществ к паразиту. Ген, кодирующий этот белок свертывания, имеет очень похожую последовательность у многих видов растений, и исследователи показали, что микроРНК повилики нацелена на участки последовательности гена, которые являются наиболее консервативными для всех растений.
Из-за этого повилика, вероятно, может заставить замолчать этот белок свертывания в большом количестве видов растений и, следовательно, паразитировать на них.Исследователи секвенировали все микроРНК в ткани одного паразита, одного растения-хозяина и их комбинации. Сравнивая данные секвенирования из этих трех источников, они смогли идентифицировать микроРНК повилики, проникшие в ткань растения.
Затем они измерили количество матричной РНК генов, на которые нацелены микроРНК повилики, и увидели, что уровень информационной РНК от хозяина снижается, когда присутствуют микроРНК повадки.«Наряду с предыдущими примерами обмена малой РНК между грибами и растениями, наши результаты предполагают, что эта межвидовая генная регуляция может быть более широко распространена в других взаимодействиях между растениями и паразитами», — сказал Акстелл. «Итак, обладая этими знаниями, мы мечтаем о том, чтобы в конечном итоге мы могли использовать технологию редактирования генов для редактирования целевых сайтов микроРНК в растениях-хозяевах, предотвращая связывание микроРНК и подавление этих генов. Разработка устойчивости к паразиту таким образом могла бы уменьшить экономическое воздействие паразита на культурные растения ».В дополнение к Акстеллу и Вествуду в исследовательскую группу входят Сайма Шахид, Натан Р. Джонсон, Эрик Вафула, Фенг Ван, Джейда Корух и Клод В. де Памфилис из штата Пенсильвания; Гунджун Ким и Вивиан Бернал-Галеано из Технологического института Вирджинии; и Тамиа Файфер из Нокс-колледжа.
Исследование финансировалось Национальным научным фондом США и Национальным институтом продовольствия и сельского хозяйства США. Дополнительную поддержку оказали Институты наук о жизни им.
Хака штата Пенсильвания.