Biologen, die Äpfel untersuchen, entdecken, dass strukturelles Zellprotein auch die Gentranskription direkt reguliert

Es wurde auch gezeigt, dass ein Zellprotein, von dem früher angenommen wurde, dass es nur ein Gerüst für die DNA darstellt, direkten Einfluss auf die DNA-Transkription in RNA hat – den ersten Schritt des Prozesses, durch den sich der genetische Code eines Organismus ausdrückt. Der grundlegende Durchbruch wurde in Apfelzellen entdeckt, ist aber für alle lebenden Organismen relevant, die aus kernhaltigen Zellen bestehen, einschließlich des Menschen.

Der Befund, veröffentlicht 20. Dez. in Pflanzenzellewurde von Cornell-Forschern und Kollegen der University of California, Davis und der Shandong Agricultural University in Shandong, China, gemeinsam verfasst.

Jede Zelle eines Organismus enthält ihren vollständigen genetischen Code. Aber ob neu geschaffene Zellen beim Aufbau eines Herzens oder einer Lunge, von Blättern oder Früchten helfen, hängt davon ab, wie dieser genetische Code von speziellen Proteinen, den sogenannten Transkriptionsfaktoren, interpretiert wird.

Transkriptionsfaktoren sind die Hauptregulatoren der Genexpression und daher bei Wissenschaftlern sehr gefragt. Pflanzenwissenschaftler können Transkriptionsfaktoren nutzen, um erwünschte Merkmale in neuen Nutzpflanzensorten anzusprechen, und Medizinforscher können sie zur Entwicklung neuer Arzneimittel nutzen.

Zellproteine, sogenannte Linkerhistone, wurden Ende des 19. Jahrhunderts entdeckt. Es ist bekannt, dass sie die genetische Expression beeinflussen, indem sie beispielsweise für die Struktur, Organisation und Faltung der DNA sorgen. In diesem Artikel wird jedoch erstmals gezeigt, dass ein Linkerhiston als Transkriptionsfaktor auch die Genexpression direkt reguliert.

„In der Vergangenheit dachte man immer, dass Linker-Histone eine indirekte Rolle bei der Regulierung der Genexpression spielen. Dies ist der erste Fall – überhaupt bei einer Spezies – der zeigt, dass Linker-Histone die Genexpression direkt regulieren“, sagte der leitende Autor Lailiang Cheng, Professor an der Studie Gartenbauabteilung der School of Integrative Plant Science der Hochschule für Landwirtschaft und Biowissenschaften.

„Forscher, die an anderen Pflanzen, Tieren und sogar Menschen arbeiten, könnten diese Informationen nutzen, um Gene zu identifizieren, auf die Linker-Histone abzielen und die später an der Krankheitsentstehung oder anderen wichtigen biologischen Prozessen beteiligt sein könnten.“

Cheng und seine Co-Autoren machten die Entdeckung, als sie daran arbeiteten zu verstehen, wie sich Zucker und Säuren in Äpfeln entwickeln. Solche Informationen können Pflanzenzüchtern bei der Entwicklung neuer Sorten helfen, Landwirte beim Anbau ihrer Pflanzen unterstützen und die Fruchtqualität bei der Lagerung verbessern.

In früheren Arbeiten haben die Forscher Äpfel gentechnisch manipuliert produzieren weniger Sorbitdem vorherrschenden Zucker in Blättern, der in Früchten in Fruktose umgewandelt wird, und entdeckte, dass die Pflanzen dies auch tun weniger Apfelsäure angesammelt im Obst. Beide sind wichtig für den Geschmack und das Aroma von Äpfeln.

„Das veranlasste uns, nach den molekularen Akteuren zu suchen, die Zucker mit Apfelsäure verbinden“, sagte Cheng.

Sie verwendeten RNA-Sequenzierung, um die genetische Expression von Proteinen zu verstehen, die für die Anreicherung von Sorbit und Apfelsäure in Früchten und Blättern wichtig sind, und identifizierten fünf Gene, die offenbar Transkriptionsfaktorproteine ​​kodierten. Eines dieser Gene ähnelte einem Gen, von dem bekannt ist, dass es ein Linker-Histon-Protein in Arabidopsis erzeugt, einer Pflanze aus der Familie der Senfgewächse, die in der pflanzenbiologischen Forschung häufig verwendet wird.

Mithilfe einer an der Universität Zürich in der Schweiz erzeugten Arabidopsis-Mutante zeigten sie, dass das von ihnen in Äpfeln entdeckte Gen tatsächlich ein Linker-Histon kodiert. Überraschenderweise fanden sie heraus, dass dieses Linkerhiston an den Promotor des Gens bindet, das für ein Protein kodiert, das Äpfelsäure zur Speicherung in Apfelzellen transportiert und so deren Expression direkt reguliert.

Cheng sagte, dass zukünftige Forschungen andere Gene erforschen könnten, die das Linkerhiston direkt regulieren könnte; die Funktion dieses Linkerhistons in anderen Pflanzenarten, um zu untersuchen, wie ähnlich sich die Proteine ​​in verschiedenen Arten verhalten; oder angewandte Forschung zur Verwendung von Sorbit zur Verbesserung der geschmacksverstärkenden Apfelsäure in Apfelkulturen.

Da-Gang Hu, ein ehemaliger Postdoktorand in Chengs Labor und jetzt Professor an der Shandong Agricultural University, ist der Erstautor. Weitere Cornell-Mitwirkende sind Zhangjun Fei, Professor am Boyce Thompson Institute; und Mengxia Zhang, Chunlong Li und Dong Meng, alle Postdoktoranden in Chengs Labor.