Растения во время прививки влияют на активность генов друг друга

Прививать садовые растения начали несколько тысяч лет назад. Еще древние китайцы заметили, что дерево или куст, на стволе (подвое) которого закреплен побег (привой) другого, приобретает новые, чаще улучшенные свойства. В частности, может получиться, что у культурного сорта с вкусными плодами, но подверженного болезням после прививки к дикому виду с несъедобным урожаем появляется высокая устойчивость к заболеваниям, а вкус плодов при этом не ухудшается. И все же правильно проведенная прививка — это искусство, так как результат порой непредсказуем. Даже ученые на сегодняшний день не могут четко объяснить, почему и как признаки одного растения переходят к другому после объединения.

Как одно из разумных предположений — привой и подвой во время взаимодействия внедряют друг в друга свой генетический материал, зашифрованный в ДНК.  При этом в качестве агентов, переносящих гены, выступают определенные молекулы РНК.

Учеными Института биологических исследований Солка был проделан ряд экспериментов, которые подтвердили передвижение регуляторных молекул РНК к подвою в привой и наоборот, тем самым побуждая некоторые участки ДНК к метилированию. Впоследствии такие участки лишаются активности. Данный процесс ничто иное как эпигенетическая регуляция генетической активности, хотя для понимания происходящего необходимо более детально рассказать о метилировании и регуляторных РНК.

Если осуществить присоединение химических метильных групп к образующим ДНК азотистым основаниям с помощью особых ферментов, то другие белки, способные считывать генетические данные с ДНК и синтезировать на ней молекулу РНК уже не смогут попасть на этот участок. Это — метилирование. В свою очередь обратный процесс деметилирование направлен на освобождение и активацию гена. Для синтеза регуляторных РНК также предусмотрены отдельные участки ДНК, хотя они не содержат какую-либо информацию, связанную с белковыми молекулами. Но у РНК подобного типа есть способность к изменению активности прочих генов, поэтому, как вариант, чтобы повлиять на генетическую активность им достаточно использовать аппарат метилирования — сигнализировать последнему о конкретном участке ДНК, подлежащем отключению. Применение таких эпигенетических процессов живой природой наблюдается повсеместно, и, получается, что в тандеме привой–подвой они также присутствуют.

Первые опыты в данном направлении продемонстрировали, что регуляторные РНК привоя оказывают влияние на участки ДНК, принадлежащие привою во всех исследуемых образцах. Позже Джозеф Экер со своими коллегами приступили к новой серии опытов с целью выяснить, насколько велик масштаб применения уникальных свойств молекул. Для этого использовалось растение резуховидка — две дикорастущих разновидности и одна мутированная, не способная к синтезу любых регуляторных РНК, а значит в ней можно точно определить, есть ли там чужие молекулы.

По словам авторов исследований, эпигенетические процессы охватывали не одну тысячу участков ДНК, растения одновременно получали друг от друга множество молекулярных посланий. При этом в большей степени были задействованы так называемые транспозоны — зоны генома с мобильными генетическими элементами. Они представлены особыми последовательностями, способными самокопироваться и распространяться по всей ДНК, нарушая тем самым функционирование важных генов.

В отличие от животных, растения намного легче смиряются с присутствием транспозон, но и здесь из-за мобильных генетических элементов геном может дестабилизироваться, снижая при этом устойчивость флоры к вирусам, урожайность и пр. Поэтому регуляторные РНК, которые на новом месте «приказывают» метилирующему аппарату инактивировать транспозоны, очень нужные элементы. Вполне вероятно, что во время прививки идут и другие, пока не выявленные, но не менее важные молекулярно-генетические процессы.