Urpflanze dzīvo, neskatoties uz "sapuvušo" gēnu bibliotēku

Sūnu papardes mitohondriju DNS satur 20 gēnus, bet 2100 koda kļūdas

Selaginella moellendorffii © Publiskais īpašums
lasīt skaļi

Sūnu paparde Selaginella ir ne tikai viens no vecākajiem izdzīvojušajiem asinsvadu augu pārstāvjiem, tas arī izbrīna botāniķi: Viņa "šūnu spēkstaciju", mitohondriju, DNS sastāv tikai no 20 gēniem - iepriekšējās ierakstu mīnas augu valstībā. Tomēr tajās ir vairāk nekā 2000 kļūdainu vietu, kuras tā saucamie RNS redaktori ir jālabo katru reizi, kad tiek izgatavota kopija. No tiem augam kopumā ir tik daudz, cik vēl nekad citur augu valstībā novērots.

Sūnu paparde Selaginella moellendorffii ir izdzīvojusi no seniem laikiem. Tajā laikā Carboniferous, apmēram pirms 350 miljoniem gadu, augstie Selaginella radinieki kopā ar koku papardes veidoja blīvus mežus. Augi varēja izaugt tikai līdz 40 metriem augsti, jo viņiem pirmo reizi bija asinsvadu saišķi, kas transportēja barības vielas un ūdeni uz augšu. No šiem pirmajiem vaskulārajiem augiem vēlāk ir izveidojušies sēklu augi, kas šodien dominē uz zemes. Selaginella, vecākā izdzīvojušā asinsvadu augu cilts, gandrīz nemainītā formā ir izdzīvojusi vairākus simtus miljonus gadu. Šo “augu fosiliju” genoma apskats ļauj pētniekiem gūt ieskatu evolūcijā pirms 300–400 miljoniem gadu.

Šūnu elektrostacijai tikai 20 gēnu

Profesors Volkers Knups un viņa kolēģi Jūlija Hehta un Fēlikss Greve no Bonnas Universitātes Šūnu un molekulārās botānikas institūta tagad ir atšifrējuši ļoti īpašu sūnu papardes genoma daļu: tā saukto mitohondriju ģenētisko materiālu. Mitohondriji ir svarīgi augu un dzīvnieku metabolismam. Tā kā mitohondriji rada augstas enerģijas savienojumus, tos bieži sauc par "šūnu spēkstacijām". Mitohondriji ir papildus kodolam un hloroplastam - šūnu komponenti, kuriem ir sava DNS. Tā kā augu mitohondrijās parasti ir aptuveni 60 gēnu, Bonnas botāniķi bija pārsteigti, atklājot, ka Selaginella moellendorffii mitohondriju genomā ir tikai 20 gēni.

Korektoru mitinātājs

Bet patieso pārsteigumu sagādāja DNS un RNS salīdzinājums Bonnas pētniekiem. RNS savā ziņā ir DNS oriģināla mobilā kopija, un tā ir nepieciešama kā paraugs olbaltumvielu veidošanās vietā. Salīdzinājums parādīja, ka mitohondriju DNS bija kļūdas 2100 vietās, kuras RNS kopijai nebija. Kopija bija jālabo. "Mums šeit ir darīšana ar ļoti sarežģītu, bet ļoti efektīvu korekcijas mehānismu - ārkārtējā formā, kādu mēs nekad iepriekš neesam redzējuši, " skaidro profesors Knoops. Katrā atsevišķā kļūdainā pozīcijā, iespējams, ir patentēti redaktoru proteīni, kas labo nepareizu DNS kodu pareizajā RNS.

Sabojāta gēnu bibliotēka, traka gēnu brokrācija

Var iedomāties Selaginella mitohondriju DNS kā seno, sapuvušo bibliotēku: Daudzas grāmatas ir tik vecas, ka fonts vairs nav salasāms. Tāpēc atšifrējumus veido lasāmā formā. Katrai grāmatai ir atsevišķs korektors. Tikai viņš zina vienas grāmatas pareizo pareizrakstību. Bet tagad ir tā, ka pašas korektūras būvniecības rokasgrāmata atrodas pavisam citas bibliotēkas grāmatā, un šī grāmata nav imūna pret kļūdām. displejs

Tas nozīmē molekulāro līmeni: Redaktora olbaltumvielu kods, kas koriģē mitohondriju DNS bojāto vietu, atrodas uz šūnas kodolā esošās DNS. Tas, protams, ir ļoti īpašs izaicinājums, jo abi genomi, kas pastāvējuši vairāk nekā miljarda gadu garumā, turpina sarunāties savā starpā. Tas izskatās pēc trakas ģenētiskas buržuāzijas, pārregulētas, pašpietiekamas Kafkas mēroga sistēmas, Volker Knoop brīnās.

Kāds augs no tā ir?

Lielas pūles, lai iekārta darbotos. Jautājums ir šāds: kāda ir Selaginella tik pārspīlētā RNS rediģēšana? Vai ir kāds īpašs ieguvums vai tas drīzāk ir evolūcijas paliekas, nekā zemākās sūnas kļuva par pirmajām, kas attīstījās? Visticamāk, ka Bonnas pētnieki drīz varēs atbildēt uz šiem jautājumiem, gandrīz nekad. Starptautiskam pētniecības konsorcijam nesen tika izveidots viss Selaginella moellendorffii servera genoms un rezultāti tika publicēti žurnālā Science. Detalizēts mitohondriju un kodola DNS salīdzinājums varētu atklāt interesantu "testu". (Genoma bioloģija un evolūcija, 2011; doi: 10.1093 / gbe / evr027)

(Bonnas Universitāte, 09.06.2011. - NPO)