Движение митохондрий в клетках эпидермиса листа Arabidopsis
Японские ученые отредактировали митохондриальный геном риса и рапса. Посредством белков mitoTALEN они выключили у растений гены, приводящие к цитоплазматической мужской стерильности, и полученные растения были способны к самоопылению. Результаты исследования опубликованы в Nature Plants.
Митохондрии имеют свой геном, представленный кольцевой молекулой ДНК. У растений он в сотни раз больше, чем у животных, в нем находятся важные гены, продукты которых участвуют в метаболизме и синтезе белков в митохондриях. Он более разнообразен, так как содержит множество повторов, обеспечивающих рекомбинацию. Геном митохондрий животных клеток удалось изменить посредством mitoTALENs — белков, специфически узнающих последовательность митохондриальной ДНК и вносящих в нее разрыв.Тем не менее, до сих пор не было возможности редактировать геном растительных митохондрий для более подробного изучения функций их генов.
Цитоплазматическая мужская стерильность (ЦМС) — явление нарушения формирования пыльцы у растений. Оно используется для получения гибридов первого поколения в сельском хозяйстве — ЦМС одного из родительских растений нужна для предотвращения самоопыления. Причиной ЦМС назвали мутации в генах митохондрий, однако этому заключению не хватало молекулярных подтверждений.
Так как нокаут основных митохондриальных генов может быть летален, исследователи под руководством Шин-ичи Аримуры (Shin-ichi Arimura) из Токийского университета решили испытать редактирование генов, отвечающих за возникновение ЦМС: ген orf79 риса и orf125 рапса. Они сконструировали белки mitoTALEN, узнающие последовательность либо внутри, либо рядом с исследуемым геном, и ввели их в клетки каллусной ткани посредством агробактерий.
a, схема, показывающая места внесения разрывов mitoTALEN в зависимости от положения orf79 в геноме митохондрий риса. b, результаты PCR, свидетельствующие об отсутствии гена в четырех полученных линиях. BTA - исходное растение, T65 - рис, не несущий orf69. с, результат Саузерн-блоттинга, подтверждающий отсутствие гена. d, растения с геном orf79 (+) и без него (-). У последнего видны семена, образовавшиеся после самоопыления.
Полимеразная цепная реакция подтвердила полное отсутствие анализируемых генов у части полученных взрослых растений. Авторы статьи также провели секвенирование участков, показав, что восстановление двунитевых разрывов, внесенных mitoTALEN, прошло посредством гомологичной рекомбинации. Для этого варианта репарации характерно меньшее число ошибок, чем для негомологичного соединения концов. Полученные растения были способны к самоопылению — нокаут генов излечил ЦМС.
Источник: N+1
