Protein mechu opravuje genetické defekty kvetoucích rostlin

Téměř všechny pozemní rostliny mají armádu molekulárních editorů, kteří opravují chyby v jejich genetické informaci. Vědci z Bonnské univerzity ve spolupráci s kolegy z Hanoveru, Ulmu a Japonska nyní převedli jednoho z těchto korektorů, který se nachází v mechu - měchýřočepka Physcomitrium patens, do kvetoucí rostliny. Překvapivě provádí svou práci stejně spolehlivě jako v samotném mechu. Taková strategie by mohla být vhodná k detailnímu výzkumu určitých funkcí rostlinného metabolismu. Může být vhodný také k vývoji zdatnějších plodin. Studie byla publikována v časopise The Plant Cell.

Rostliny se od zvířat liší tím, že jsou schopny fotosyntézy. K tomu dochází ve speciálních organelách - chloroplastech. Chloroplasty produkují, pomocí sluneční energie, cukr, který je používán dalšími organelami - mitochondriemi - k výrobě energie. Chloroplasty a mitochondrie mají svou vlastní genetickou informaci. V obou případech jejich genom obsahuje mnoho chyb. Tyto chyb musí organely opravovat, aby se nezhroutily. Ve skutečnosti k tomu dochází i u cévnatých rostlin a to velmi komplikovaným způsobem. Neopravují totiž chyby v genomu samy, místo toho opravují kopie RNA, které buňka dělá z plánů DNA, které potom používá například k produkci určitých enzymů. To znamená, že místo opravení originálu, pouze opraví nepřesnosti v kopiích. I přes 400 milionů let evoluce stále funkční.

Za tento mechanismus oprav jsou zodpovědní molekulární korektoři, takzvané PPR proteiny. Většina z nich se specializuje pouze na jednu konkrétní chybu v mnoha genových kopiích, které buňka produkuje 24 hodin denně. Tyto chyb se objeví, když je určitý nukleotid vyměněn za jiný. Když PPR protein najde tuto výměnu, konvertují špatné písmeno RNA kopii za správné - např. cytidin (C) za uridin (U). Kupříkladu huseníček rolní (Arabidopsis thaliana) obsahuje PPR proteiny, které dokáží identifikovat chybu, ale potřebují enzym, který je opraví. Naproti tomu PPR proteiny zmiňovaného mechu (Physcomitrium patens) provádí oba úkony naráz. Makadamie vznikla v evoluci o něco dříve, než huseníček. Její PPR protein se ukázal jako více podobný proteinu Physcomitrium. Když byl ve výzkumu její protein aplikován do mechu, fungoval bez problému.

Studie může otevřít novou cestu k modifikaci genetického materiálu chloroplastů a mitochondrií. Použitím speciálních designérů PPR proteinů,  by mohlo jít kupříkladu z určitých tanskripcí nějakého genomu udělat nepoužitelné a testovat, jak to ovlivní rostlinu. V dohlednu se může výzkum uplatnit i v nových poznatcích pro pěstování výnosných a výkonných variant rostlin. Nejdříve ale vědci doufají v získání postřehů do komplexních interakcí genů ve fungování chloroplastů a mitochondrií.

Výzkum vedený prof. Braunem a Dr. Senklerem z Hanoverské univerzity dokázal, že tento přístup může skutečně fungovat. Byli schopni objasnit, k čemu je PPR protein z mechu potřeba: Pokud chybí, rostlina nemůže správně sestavit aparát pro tzv. dýchací cyklus v mitochondrii.

Zdroj: ScienceDaily, Studie: The Plant Cell, titulní fotografie: GEN