Немецкие учёные установили, что белые полосы на листьях мутантного сорта ячменя вызваны не одним дефектным геном, а совместной работой двух рецессивных мутаций. Исследователи из Института генетики растений и сельскохозяйственных культур имени Лейбница в Гатерслебене впервые описали такой двойной генетический контроль для мутантов с дефектом хлоропластов. Результаты работы указывают на ключевую роль системы контроля качества белка в этих органеллах.
Мутантное растение обнаружили в популяции ячменя, обработанной химическим мутагеном. В отличие от полных альбиносов, которые нежизнеспособны из-за отсутствия фотосинтеза, растения с полосатыми листьями выживают и дают семена, что позволяет их генетически анализировать. Микроскопический анализ показал, что в белых участках листа развитие хлоропластов – органелл, отвечающих за фотосинтез, – останавливается на ранней стадии. При этом через полгода белые полосы на стареющих растениях желтели, а в их клетках появлялись частично развитые хлоропласты.
Чтобы понять механизм наследования, генетики скрестили мутантный ячмень с обычными сортами. Анализ потомства показал соотношение 1:15, которое характерно для признака, контролируемого двумя независимыми рецессивными генами. Это означает, что белые полосы появляются, только если растение наследует обе мутации одновременно. Наличие хотя бы одной здоровой копии любого из двух генов обеспечивает нормальный зелёный цвет листьев.
С помощью геномного секвенирования учёные определили расположение двух мутаций на хромосомах 2H и 3H. Первый ген, названный Variegated 4, участвует в утилизации повреждённых хлоропластов и импорте белков в них. Второй, Variegated 5, кодирует белок-шаперон, который помогает другим белкам правильно сворачиваться. Оба гена отвечают за протеостаз – поддержание стабильности и функциональности белков внутри хлоропласта.
По мнению авторов исследования, каждая из мутаций по отдельности наносит системе контроля качества белка лишь незначительный ущерб, невидимый внешне. Однако их совместное действие нарушает работу системы настолько, что в части клеток развитие хлоропластов прекращается. Частичное восстановление цвета у взрослых растений может объясняться тем, что с возрастом потребности растения меняются, и нагрузка на систему контроля белка снижается. Для окончательного подтверждения роли найденных генов необходимы дальнейшие функциональные исследования.