Dlaczego roślina czeka, by zakiełkować?

Dlaczego nasiona nie kiełkują w ostatni gorący dzień lata? Skąd „wiedzą”, że muszą jeszcze poczekać? To sprawka jednego z roślinnych genów. Badają go naukowcy z IBB PAN. A na przykładzie tego genu wyciągają ważne wnioski o przetwarzaniu informacji w komórce.

Ciepło, wilgoć, odpowiednio dużo światła… Wydawałoby się, że takie warunki powinny wystarczyć roślinie, aby zakiełkowała. Ale przecież świetna pogoda nie zawsze oznacza, że nasiono powinno się natychmiast obudzić do życia. To mogłoby być zgubne. Dlatego roślina ma swój genetyczny hamulec, timer, który przez jakiś czas powstrzymuje nasiono przed kiełkowaniem, nawet jeśli warunki wydają się perfekcyjne. Ten gen bada dr Szymon Świeżewski z Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN w Warszawie, laureat tegorocznej Nagrody Narodowego Centrum Nauki.

– Czasem wystarczy jeden ciepły dzień pod koniec lata, aby nasiona zaczęły kiełkować – w skrajnej sytuacji jeszcze na kłosie matki. Takie zjawisko – tzw. porastanie – to duży kłopot w rolnictwie. Z takich kiełkujących już nasion nie można zrobić mąki ani zasiać ich w przyszłym roku. One nadają się tylko na paszę – opowiada w rozmowie z PAP dr Szymon Świeżewski. Naukowiec wyjaśnia, że w przypadku porastania ten genetyczny hamulec nie działa tak, jak należy.

– Czas spoczynkowy to bardzo cenna zdolność rośliny – to zdolność do niekiełkowania mimo sprzyjających warunków. Czas spoczynkowy zależy właściwie tylko od jednego genu – DOG1 – wybranego przez ewolucję – mówi Świeżewski. Jego zespół próbuje rozgryźć, jak właściwie działa ten gen. I na przykładzie tego genu zrozumieć bardziej uniwersalne mechanizmy przetwarzania informacji w komórce.

Śmieciowe DNA?

Naukowcy z IBB PAN wyjaśnili np. funkcję niekodującej białka części genu DOG1. W genomie bakterii ponad 90 proc. nukleotydów w DNA służy do kodowania białek. A u ludzi tylko… 2 proc. Nie za bardzo więc wiadomo, dlaczego DNA u organizmów złożonych jest takie długie. Po co są te wszystkie nukleotydy, które nie służą do tworzenia białek? Badania zespołu dr. Świeżewskiego rzucają trochę światła na funkcje takich „śmieciowych” fragmentów DNA.

Dr Świeżewski opowiada, jak przetwarzane jest DNA. Do DNA przyczepia się enzym – polimeraza. I w pewnym momencie napotyka tzw. promotor. A to znaczy, że w genomie zapisana jest dla enzymu wiadomość „HEJ! ZACZYNAJ ROBIĆ RNA!”. I wtedy polimeraza z wzoru zapisanego w DNA zaczyna tkać RNA (bez RNA nie powstaną białka).

Sens antysensu

A gen DOG1 ma taki promotor zapisany i z przodu, i z tyłu. A to można porównać do sytuacji, kiedy w DNA znajdujemy na końcu zapis: „HEJ! ZACZYNAJ ROBIĆ RNA!”. Wydaje się, że to jakaś pomyłka. Dopóki nie przeczytamy tych znaków od tyłu: „!ANR ĆIBOR JANYZCZAZ !JEH”. Polimeraza, która akurat porusza się po takiej nici DNA w drugą stronę, zrozumie ten zapis. Potraktuje go jako promotor genu. I z tego samego genu utka drugie RNA. Tylko że jadąc od tyłu. I podobnie jest właśnie w przypadku genu DOG1. Z genu powstają dwie nici RNA: sensowne i antysensowne.

W przypadku genu DOG1 tylko sensowne RNA koduje białko. A antysensowne RNA nie. – A skoro to RNA nie koduje białka, to może się wydawać, że to śmieć. My jednak odkryliśmy, że antysensowna transkrypcja reguluje ważne zjawisko biologiczne – opowiada dr Świeżewski. Wyjaśnia, że usunięcie z komórek tego antysensowengo niekodującego RNA daje bardzo silny czas spoczynkowy nasiona. A to znaczy, że nasiono bardzo długo nie wchodzi w fazę kiełkowania mimo świetnych warunków.

– Odkryliśmy, że w tym przypadku antysens jest regulatorem RNA sensownego – podsumowuje naukowiec. To jedne z pierwszych na świecie badań, które udowodniły, że RNA „tkane od tyłu” pełni w organizmie rzeczywistą funkcję. Wcześniej się tego tylko domyślano.

– W kolejnych badaniach pokazaliśmy, że to zjawisko bardziej uniwersalne. Jest więcej genów, gdzie „ogon macha psem”. Gdzie powstaje antysensowny transkrypt z drugiego końca genu i że reguluje on aktywność genu – opowiada dr Świeżewski.

Badając roślinę modelową – Arabidopsis – biolodzy odkryli w niej już ok. 1800 genów, które są transkrybowane w dwie strony, a antysensowny transkrypt pełni tam jakąś funkcję. – Pokazujemy tylko skalę tego zjawiska. Takich genów jest bardzo, bardzo dużo – opowiada dr Świeżewski.

Badania zespołu z IBB PAN pokazują więc, że jeśli chce się zrozumieć działanie i regulację genów, nie można pominąć antysensownej transkrypcji. Antysens ma więc jednak ważny sens.

 

 

Źródło: PAP – Nauka w Polsce, Ludwika Tomala, fot. CC BY 2.0/Wikimedia Commons/U.S. Department of Agriculture