РНК редактирование митохондриальных мРНК растений: общие сведения
Редактирование мРНК-последовательностей в митохондриях растений было обнаружено одновременно в трех лабораториях [ Covello ea 1989 , Gualberto ea 1989 , Hiesel ea 1989 ]. Толчком к этому послужило неподтвердившееся предположение о не универсальности генетического кода: при изучении митохондриальных белок- кодирующих генов первоначально полагали, что в ДНК митохондрий CGG кодирует триптофан, тогда как в универсальном генетическом коде данный триплет определяет аргинин. Загадка разрешилась после секвенирования кДНК этих генов: во многих сайтах мРНК были обнаружены C-U-замены. Именно эти замены явились причиной трансляционных включений триптофана, а универсальность кода была подтверждена и в данной системе [ Maier ea 1996 ].
К настоящему времени у некоторых видов выявлено более 400 точек C-U- конверсий митохондриальной мРНК [ Giege ea 1999 ] и только четыре случая обратных превращений U-C: в мРНК генов coxЗ пшеницы [ Gualberto ea 1990 ], сох2 гороха и энотеры [ Covello ea 1990 ] и cob энотеры [ Hiesel ea 1990 ]. Несколько случаев U-C-замен описано для папоротника Asplenium nidus [ Hiesel ea 1994 ] и роголистника Ceratophyllum [ Steinhauser ea 1999 ]. Было показано, что редактированию подвергаются все гены, кодируемые митохондриальной ДНК, причем по множеству сайтов [ Pring ea 1993 , Maier ea 1996 ]. В табл. 1 приведены данные о редактировании митохондриальных генов пшеницы. В мРНК 19 митохондриальных генов пшеницы обнаружено 364 точки эдитинга - в среднем по 19 на ген. Среди исследованных 19 генов наименьшее число сайтов эдитинга в nad5 мРНК - 5.5 сайтов на 1000 пн, наибольшее - в orf206 - 67.9 на 1000. Если в митохондриальном геноме растений экспрессируется около 60 генов [ Unseld ea 1997 ], то можно предсказывать существование примерно 1200 сайтов эдитинга в транскриптах мтРНК пшеницы [ Maier ea 1996 ]. Как видно из рис. 2 , распределение сайтов эдитинга может быть весьма гетерогенным - даже в различных экзонах одного и того же гена. Причины такой гетерогенности неясны. Поскольку эдитинг в большинстве случаев -это превращение C-U, он значительно изменяет рамки считывания. Так, геномный треониновый кодон (ACG) в результате редактирования заменяется метиониновым (AUG), что может привести к возникновению новой рамки считывания. И наоборот, эдитинг геномных глутаминовых кодонов (САА и CAG) и аргининового (CGA) приведет к образованию стоп-кодонов (UAA, UAG или UGA) и обрыванию рамки считывания. Все эти варианты действительно были обнаружены в мРНК разных видов [ Maier ea 1996 ].
В случае редактирования rps10 митохондрий картофеля появляются новые как старт, так и стоп-кодоны. Наоборот, U-C-эдитинг у Ceratophyllwn аннулирует стоп-кодоны [ Steinhauser ea 1999 ]. Стоп-кодоны в результате эдитинга исчезают в nad2, nad5 генах папоротников [ Malek ea 1997 ]. У пшеницы старт-кодон создается редактированием транскрипта nadl, а стоп-кодоны - транскриптов atp6 [ Howad ea 1997 ], atp9 и rpsl [ Maier ea 1996 ].
В общем, идентификация точек эдитинга в какой-то ORF - указание на то, что данная рамка считывания скорее всего является функционирующим геном. Митохондриальный геном растений подвергается обычно множественным рекомбинациям, в результате которых фрагменты некоторых генов могут оказываться в одной рамке считывания с нормальными полными генами. Анализ эдитинга таких фрагментов показывает его сиквенс-специфичность. Так, в митохондриях пшеницы в большом транскрипте размером 2.9 тпн коэкспрессируются три гена: nad3, rps12 и orf156. Кроме того, транскрипт содержит последовательность 193 пн, соответствующую фрагменту гена сох2, которая редактируется точно в тех же трех сайтах, что и полная мРНК сох2 [ Maier ea 1996 ].
