Genexpression während des Wurzelwachstums
Das EU-finanzierte Projekt TRANSPHO (Roles of non-coding RNAs in translational regulation during root developmental adaptation to phosphate starvation) sollte Wachstumsprozesse in Wurzeln analysieren und so Kulturpflanzen durch ökologischere Methoden verbessern. Bei abiotischem Stress verändern Pflanzen zuerst ihre Genexpression, was auf mehreren Ebenen wie Transkription, Reifung, Translation und posttranslationale Modifikation stattfinden kann. Durch Translationskontrolle, Regulierung der Initiation sowie Elongation oder Terminierung von Ribosomen auf einer Messenger-RNA (mRNA) können Zellen ihre Genexpression sehr schnell an Umweltveränderungen und Wachstumssignale anpassen. Lange nicht-kodierende RNAs (lncRNA) sind bei vielen biologischen Prozessen und Arten wichtige Regulatoren der Genexpression und steuern offenbar ein breites Spektrum biologischer Prozesse wie Stressreaktionen. Allerdings ist noch zu wenig über die Auswirkungen von lncRNAs auf die Translationsregulation in Pflanzen bekannt. Die Forscher passten daher modernste Technologien für die Pflanzenbiologie an, um Ribosomen mit hoher Reinheit aus nahezu jedem Zelltyp zu isolieren und mRNA-Fragmente zu sequenzieren. Mit dieser Methode konnten die Wissenschaftler Position und Anzahl der Ribosomen auf RNAs genomweit präzise abbilden. Mit dem neuen Ansatz wurden nun Ribosomenposition und Zahl der RNA-Transkripte in Arabidopsis-Wurzeln bei Phosphatmangel dargestellt. Die Forscher fanden heraus, dass lncRNA als Reservoir an neuen kleinen Peptiden fungieren, und identifizierten eine mögliche Translation mehrerer Hundert solcher kleiner Peptide im Genom. 70 dieser Peptide wurden mit Massenspektrometrie nachgewiesen. TRANSPHO zeigte auch Assoziationen bei Hunderten langer nicht-kodierender Antisense-RNAs (NATs) in Arabidopsis-Ribosomen auf. NATs sind RNA-Moleküle, die sich komplementär zu endogenen mRNAs verhalten und die Anpassung von Pflanzen an verschiedene Umweltbedingungen regulieren. Das Projekt wird die neuen Werkzeuge demnächst für die Modulation der pflanzlichen Genexpression testen.
Schlüsselbegriffe
Genexpression, Wurzelwachstum, TRANSPHO, Translationsregulation, Ribosomen, lncRNA
