РНК редактирование, химерные гены и ЦМС у растений
При изучении цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС) у растений самых разных видов в митохондриальном геноме часто обнаруживаются химерные гены - их иногда обозначают crf- (chimeric reading frames). Так, химерный ген orf224 найден в митохондриях ЦМС линии Brassiса napus. Данный ген состоит из трех фрагментов: части orf В, части экзона 1 rps3 и 456 нуклеотидов неизвестного происхождения. Эдитинг выявлен только во фрагменте экзона 1 rps3, в том самом месте, в котором он происходит у нормального гена rps3 ( рис. 3 ). В химерном гене, связанном с С-типом стерильности у кукурузы и состоящем также из фрагментов трех разных генов (atp6, atp9 и последовательности неизвестного происхождения), эдитинг выявлен в 19 позициях, точно соответствующих сайтам полных транскриптов этих генов. В обоих случаях в ЦМС-линиях последовательности неизвестного происхождения (отсутствующие в мтДНК фертильных аналогов) не редактируются [ Maier ea 1996 ].
Химерный ген T-urfl3, вызывающий стерильность пыльцы кукурузы техасского типа, является единственным из всех до сих пор обнаруженных митохондриальных генов, который не редактируется ни в одном сайте [ Maier ea 1996 ]. Вероятно, причиной является то, что этот химерный блок сконструирован в основном из фрагментов структурных генов (участок гена 26S рРНК и 3'-фланкирующий район гена 26S рРНК), которые чаще всего не имеют сайтов эдитинга (см. Эдитинг структурных РНК митохондрий ).
У линии сорго IS1112C цитоплазма в сочетании с ядром, не несущим генов восстановления фертильности (Rf), вызывает ЦМС. В мтДНК данной цитоплазмы обнаружена химерная конфигурация - orf107, полноразмерный транскрипт которой выявляется в мужски-стерильных линиях. Для восстановления фертильности необходимы два комплементарно действующих гена: Rf3 и Rf4. У линий с восстановленной фертильностью и ЦМС-линий, несущих Rf3, отмечен нуклеолитический процессинг 75% транскриптов orf107. Rf3, таким образом, регулирует процессинг мРНК данного химерного гена. При этом наблюдалась корреляция между частотой эдитинга в двух сайтах химерного orf107 и его процессингом. Очевидно, в результате мРНК-эдитинга появляются новые сайты узнавания эндонуклеазами, а разрушение химерной РНК orf107 восстанавливает формирование жизнеспособной пыльцы [ Pring ea 1999 ]. При изучении ЦМС сорго обнаружен не описанный до этого феномен транскрипт- специфической утраты РНК-эдитинга: у мужски-стерильной линии Sorghum bicolor A3T х 398 в митохондриях пыльников было избирательно подавлено редактирование atp6 транскрипта. Феномен явно зависел от ядерного генома: одни линии с такой же цитоплазмой нормально редактировались, другие - нет. Восстановление нормального эдитинга мРНК atp6 в линиях под действием гена Rf4 коррелировало с восстановлением фертильности. Подавление atp6 РНК-эдитинга наблюдалось в спорофитных и гаметофитных тканях пыльника, но ни в каких других органах [ Howad ea 1997 , Howad ea 1999 ].
Интересно, что нарушение РНК-эдитинга специфических atp6 кодонов вызывает не только ЦМС растений, но и ряд заболеваний человека, поскольку эдитинг в данном случае компенсирует повреждающий эффект ряда точечных митохондриальных мутаций [ Kempken ea 1998 ]. У петунии химерный ген pcf был локализован в районе митохондриального генома, ассоциирующегося с ЦМС. Гены nad3 и rps12 у стерильных линий петунии котранскрибируются с химерным геном pcf. У фертильной линии 3704 эти гены котранскрибируются с неидентифицированной orf143. Другая фертильная линия в этом же районе имеет ORF, у которой стоп-кодон геномно не кодируется, но возникает в результате эдитинга, таким образом образуется orf161. В мтДНК ЦМС-линий нет ни orf143-, ни orf161 -генов.
Основным продуктом pcf-гена является белок 25 кДа, количество которого под действием Rf-генов резко снижается. Наблюдается также минорное количество белков с большей молекулярной массой -результат неполного процессинга pcf [ Hanson ea 1996 ]. Связь между всеми этими явлениями предстоит выяснить. Очевидно, что нарушения микроспорогенеза во многих ЦМС системах связаны не только с изменением структуры, но и с нарушенем РНК-редактирования митохондриальных мРНК.
