Малые интерферирующие РНК контролируют пигментацию цветка

Исследователи из Китая и США изучили, каким образом цветы рода Mimulus приобретают свою окраску. У них есть локус YUP с инвертированными повторами, который производит малые интерферирующие РНК. Они, в свою очередь, подавляют экспрессию гена, регулирующего накопление каротиноидов. От аллеля YUP зависит, кто будет опылять цветы. Так, шмели прилетают на розовые цветки, а колибри — на красные.

Credit:
Yuan Mimulus Lab, Pete Morenus/UConn | Пресс-релиз

У родственных организмов часто есть общие регуляторные гены; морфологическое разнообразие достигается изменениями в функциях или паттерне экспрессии этих общих генов. Однако полногеномное секвенирование показало, что в отдельных группах организмов возникают новые гены. Не совсем понятно, влияют ли они на последующую эволюцию унаследовавших их организмов. Исследователи из США и Китая показали, что у представителей рода Mimulus есть локус, который производит малые интерферирующие РНК, регулирующие пигментацию цветков. Этот локус также содержит два белок-кодирующих гена; он является специфичным для Mimulus.

В род Mimulus входят несколько родственных видов, которые опыляются шмелями (M. lewisi), колибри (M. cardinalis) или самоопыляются (M. parishii). Известно, что ген YELLOW UPPER (YUP) влияет на выбор опылителя. Так, при замене аллеля YUP у M. lewisi на аллель M. cardinalis из почти изогенной линии происходит смена опылителя: в результате M. lewisi чаще опыляют колибри, нежели шмели. То есть YUP — пример того, как один локус отвечает на репродуктивную изоляцию и спецификацию.

Кроме того, YUP определяет наличие желтого пигмента в лепестках. Предполагалось, что доминантный аллель гена YUPL у M. lewisii и M. parishii подавляет выработку каротиноидов с образованием бледно-розового венчика. Рецессивный аллель yupC у M. cardinalis позволяет распространяться каротиноидам во всем венчике, в результате возникает ярко-красный цвет с высоким содержанием антоцианов, дополнительно регулируемых геном PELAN.

После нескольких этапов скрещивания M. parishii и M. cardinalis с генотипированием полученных особей был выявлен участок в 70 т.п.н., содержащий YUP. В этом участке находятся восемь генов. Но при нокдауне этих генов с помощью РНК-интерференции у M. lewisii не было выявлено изменений в фенотипе.

Авторы предположили, что в этой области находятся некодирующие элементы. Секвенировав РНК, относящиеся к этому интервалу, авторы нашли транскрипт длиною 1,3 т.п.н. с инвертированными повторами, которые могут сворачиваться в стабильную шпильку. Эта область с инвертированными повторами производит множество малых интерферирующих РНК (siRNA). Авторы подтвердили, что этот некодирующий ген и есть YUP. Рецессивный аллель yupC возникает из-за мутаций, которая приводит к накоплению siRNA, отличных от тех, которые продуцирует доминантный аллель YUP.

Исследователи показали, что siRNA отвечают за расщепление 5’-фрагмента гена RCP2, который регулирует накопление каротиноидов. siRNA достаточно, чтобы подавить это накопление.

У опыляемых шмелями видов желтый пигмент накапливается только в нижней части трубки венчика, которая служит проводником к нектару. Ученые выявили высокий уровень siRNA, направленных на RCP2, в лепестках и малое их количество в нижней части трубки венчика. Такой паттерн экспрессии комплементарен паттерну экспрессии гена RCP1, который необходим для пигментации нижней части трубки венчика. RCP1 подавляет экспрессию YUP в проводнике к нектару; при этом происходит тканеспецифичное накопление каротиноидов, что привлекает шмелей для опыления.

YUP сформировался в результате частичной дупликации гена CYP450, который не оказывает влияние на пигментацию. Ген между YUP и PELAN — паралог генов LIGHT AREAS1 системы SOLAR. Нокдаун SOLAR приводит к снижению цветочной антоциановой пигментации, что свидетельствует о его роли в окраске цветов. Ученые отмечают, что суперлокус YUP-SOLAR-PELAN возник примерно 5 млн лет назад. 

Виром пыльцы зависит от характеристик цветка и места произрастания растения

Источник:

Liang M., et al. Taxon-specific, phased siRNAs underlie a speciation locus in monkeyflowers // Plant Science Vol 379, Issue 6632, pp. 576-582 9 Feb 2023. DOI: 10.1126/science.adf1323

Добавить в избранное