Хлоропласты, зелёные пластиды, встречающиеся в клетках растений — генераторы солнечной энергии, когда-то были самостоятельными живыми существами, сообщает «WordScience.org». Ситуация изменилась около одного миллиарда лет назад, когда они были поглощены, но не усвоились большими клетками. С тех пор они потеряли значительную часть своей автономии.
Прошло время и большая часть их генетической информации, нашла своё место в ядре клетки, а сегодня, хлоропласты больше не могут жить вне «клетки-хозяина». Учёные из команды Ральфа Бока в институте молекулярной физиологии растений имени Макса Планка (Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology) обнаружили, что гены хлоропластов следуют прямым маршрутом в ядро клетки, где могут быть правильно прочитаны, несмотря на их архитектурные различия.
Цианобактерии — это одна из древнейших форм жизни и кажется, они являются предшественниками зелёных хлоропластов в клетках растений. Они не имеют собственного ядра клетки, но их генетическое вещество состоит из тех же четырёх блоков, что у людей, растений и животных. Таким образом, гены закодированые в ДНК хлоропластов также могут быть прочитаны в ядре клетки, более того, многие гены, которые были найдены в органеллах на этапе раннего развития, теперь находится исключительно в геноме ядра. Как они добрались до туда, ранее не было известно. Имеется два предположения: либо прямая транспортировка в виде фрагментов ДНК из хлоропластов к ядру, либо транспортировка в виде мРНК, которая затем перезаписалась обратно в ДНК.
Прямая передача ДНК по всему видимому преобладает в хлоропластах, но этот путь создаёт две проблемы. Первая проблема заключается в «промоутерах» — последовательности ДНК, которые гарантируют, что гены признаны таковыми. Они расположены выше по течению генов и набора белков, необходимых для транскрипции генов. Однако, «промоутеры» из хлоропластов не признаны в качестве таковых белков в ядре, так что в механизме считывания ДНК, следует упустить из виду эти входящие гены.
Вторая трудность заключается в правильной обработке последовательности генов. Гены состоят из нескольких модулей, разделённых не содержащими информацию участками ДНК (интроны). Так как интроны препятствуют синтезу белка, они должны быть удалены из мРНК — процедура, известная как сплайсинг. Весь процесс, заканчивающийся в синтезе правильного белка, может возобновиться только один раз. Однако, мРНК обрабатывается в ядре клетки по другому, чем в хлоропластах и в течение долгого времени, интроны хлоропласта, казалось, были непреодолимым препятствием для правильного чтения генов хлоропласта в ядре.
«На самом деле ничего подобного», — подчёркивает Ральф Бок, глава исследовательской группы. «Наши исследования показали, что признанные в ядре клетки интроны сращиваются и не всегда в одних и тех же местах, как в хлоропластах». Не смотря на это образуются функциональные белки. Считается, что интроны даже помогают сращиванию ферментов, сворачиваясь в устойчивые структуры РНК, таким образом направляя ферменты в нужные места. В то же время, структура РНК, как кажется, помогает рибосомам найти правильную точку отправки для синтеза белка.
Так как передача генов в ядро клетки является чрезвычайно медленным эволюционным процессом, который занял в природе миллионы лет, до настоящего времени не было возможности исследовать основной механизм. Тем не менее, исследователям удалось совершить шаг вперёд, перенося гены в лаборатории. Поскольку клетки подвергались воздействию жёсткого отбора, перенос генов из хлоропластов в ядро стал необходимым для выживания. Было установлено, что передача происходит без участия РНК и ДНК. По-видимому гены транспортируются прямо из клетки хлоропластов в её ядро.
