Ученые открыли новые возможности «гормонов роста» растений

Ауксины известны как ключевые гормоны развития растений, достаточно давно. Их открытие связывают с исследованиями Чарльза Дарвина (работа «О способности растений к движению»). Дарвин установил, что, если осветить проросток злака с одной стороны, он изгибается к свету, причем, свет воспринимает верхняя часть растения, тогда как сам изгиб происходит в нижней части проростка. В итоге, Дарвин пришел к выводу, что гипотетический регулятор роста растений, который он назвал ауксином, синтезируется в верхушке побега и перемещается в надземной части растения сверху вниз. Последующие исследования показали, что роль ауксинов в жизнедеятельности растения более значительна и не ограничивается участием в фототропизме – направленном росте растений в сторону источника света. В настоящее время ауксин широко используется для контроля роста и развития растений, в том числе и в составе известных коммерческих фитогормональных препаратов.

Как и другие гормоны, ауксин регулирует процессы, происходящие в растении на уровне экспрессии генов – процесса, когда наследственная информация из ДНК преобразуется в функциональный продукт (РНК или белок). Для считывания наследственной информации с ДНК гормоны активируют белки (их называют транскрипционными факторами), имеющие на специальном отрезке ДНК генов, экспрессию которых они регулируют (промоторе), участки ДНК для посадки (сайты связывания). Они характеризуются определенной последовательностью из четырех нуклеотидов. Транскрипционные факторы, связываясь с со своими сайтами, активируют или подавляют экспрессию соответствующих генов.

В настоящее время в мире было проведено более 30 экспериментов, в которых после обработки ауксином измерялась экспрессия всех генов в геноме и были определены гены, реагирующие на ауксин. Произвести системный мета-анализ всего массива этих данных, т.е. соотнести изменения активности генов с наличием определенных последовательностей нуклеотидов в их промоторах, позволяют методы биоинформатики, давно и успешно развиваемые в ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН». Поэтому неудивительно, что впервые исследование всех доступных полногеномных данных по влиянию ауксина на активность генов было проведено силами сотрудников ФИЦ ИЦиГ.

Работа проводилась в сотрудничестве с зеркальной лаборатории НГУ под руководством проф. Иво Гроссе. Соавтором работы также выступил профессор Дольф Вейерс из Вагенингенского университета (Голландия), одного из ведущих европейских научно-исследовательских центров в области сельскохозяйственных наук. Результаты оказались впечатляющими.

– До этого было известно около 10 сайтов связывания транскрипционных факторов, задействованных в изменениях активности генов в ответ на ауксин. Мы открыли дополнительно еще 139 последовательностей в промоторах, также участвующих в этом процессе — рассказала зав. сектором системной биологии морфогенеза растений ИЦиГ к.б.н. Виктория Миронова. Для некоторых из них с помощью специальных компьютерных программ и баз данных были определены связывающиеся с ними транскрипционные факторы с такими функциями, как ответы на стрессы, регуляция роста и др. В результате, ученые стали намного ближе к пониманию того, каким образом низкомолекулярному соединению (каковым является ауксин) удается регулировать почти все процессы, происходящие в растении – рост, деление, дифференцировку леток и многое другое. Полученные результаты открывают широкие возможности для экспериментальных исследований. Не зря статья по теоретической генетике была опубликована в престижном издании по экспериментальной ботанике – Journal of Experimental Botany.

Экспериментальное изучение этих последовательностей станет и следующим шагом в ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН». Для этих исследований были отобраны те из них, которые дали наиболее заметный отклик на ауксин, и в то же время характер этого взаимодействия до сих пор является неизвестным. Эта работа также проводится в сотрудничестве с коллегами из Вагенингенского университета, для этой цели была даже специально организована совместная аспирантура.

– Чем больше мы понимаем про то, как ауксин работает на уровне взаимодействия с ДНК, тем больше мы можем манипулировать процессами, происходящими на клеточном уровне и выше. А это понимание, в свою очередь, может открыть возможности для управления, полного или частичного, данными процессами, что является уже сферой не только фундаментальной, но и прикладной науки. Станет возможным изменять эти процессы в нужную нам сторону. Например, в интересах селекции, для придания новым сортам нужных качеств, — подчеркивает Виктория Миронова.

Пресс-служба ИЦиГ СО РАН.