Применение экзогенных РНК для регуляции свойств растений

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-74-10023

НазваниеПрименение экзогенных РНК для регуляции свойств растений

Руководитель Дубровина Александра Сергеевна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный научный центр Биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии» Дальневосточного отделения Российской академии наук , Приморский край

Конкурс №41 - Конкурс 2019 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-206 - Физиология и биохимия растений

Ключевые слова Эгзогенные РНК, замолкание генов, РНК-интерференция, dsRNA, miRNA, siRNA, регуляция экспрессии генов растений, эндогенные гены растений, трансгены, Arabidopsis thaliana, Vitis amurensis, стильбены, антоцианы

Код ГРНТИ34.31.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящее время в области получения трансгенных растений достигнут значительный успех, поскольку многочисленные исследования показывают, что таким образом можно не только ввести чужеродные гены в геном растения для продукции целевых белков, но и отрегулировать уровень экспрессии собственных генов растения. Однако в нашей стране и в большинстве Европейских стран законодательно запрещено или наложены ограничения на производство и высеивание генно-модифицированных организмов (ГМО). Действительно, многое в настоящее время остается неизвестным о последствиях генетических-модификаций и грубого вмешательства в структуру генома растения, что вызывает вопросы о безопасности ГМО, и поэтому разработка новых экологически чистых подходов для изменения различных характеристик растений без модификации их генома является чрезвычайно актуальной задачей. Известно, что в процессе РНК интерференции или замолкания (сайленсинга) генов, который открыт более 15 лет назад, двухцепочечные РНК (dsRNA) подвергаются процессингу специализированными ферментами (DICER LIKE или DCL) и нарезаются на малые РНК (siRNA или miRNA), которые затем включаются в работу РНК-индуцируемого комплекса белков, обеспечивающего деградацию любых молекул РНК схожих с dsRNA. В результате разрушаются мРНК тех генов, к которым малые РНК имеют значительную гомологию. Многочисленные исследования показывают возможность выключения или снижения экспрессии определенных генов для регуляции устойчивости, ростовых процессов и других свойств растений с помощью индукции РНК интерференции у растений. Однако применение этого подхода непременно включает этап получения трансгенного растения, либо применение конструкций на основе ослабленных вирусов растений. Недавно в научной литературе возросло число интригующих сообщений о том, что синтетические длинные dsRNA и малые интерферирующие siRNA, экзогенно примененные (например, путем простого опрыскивания, опрыскивания под высоким давлением, использования материалов для адгезии РНК молекул или с помощью белков-переносчиков) способны проникать в сосудистую систему растения и непосредственно в клетки растения, после чего индуцируют процесс РНК-интерференции. Последние исследования сообщают о значительном повышении устойчивости растений к грибной и вирусной инфекции после прямого опрыскивания растений растворами РНК, которые были сконструированы для инактивации работы жизненно важных генов у патогенов растений. Кроме того, показано, что опрыскивание растворами dsRNA или siRNA под высоким давлением приводило к замолканию трансгена. Активные исследования в данном направлении чрезвычайно актуальны не только для дальнейшего исследования данных фактов, усовершенствования подхода и его апробации в нашей стране, но и для исследования возможности регуляции экспрессии эндогенных генов растений для регуляции свойств растений в желаемом направлении. В настоящее время многое остается неизвестным об условиях, механизмах и скорости проникновения нуклеиновых кислот в растения, характера и скорости их распространения, и, самое важное, возможности влиять на экспрессию растительных генов. Известно, что трансгены растений более подвержены РНК-индуцированному сайленсингу, чем эндогенные гены, поэтому планируется посвятить значительную часть работы выключению экспрессии трансгенов в растениях. Настоящий проект посвящен исследованию влияния экзогенных длинных двуцепочечных РНК-предшественников и малых РНК на экспрессию генов обрабатываемого растения, в т.ч. трансгенов, с целью индукции процессов РНК интерференции и изменения свойств растений в желаемом направлении. Таким образом, настоящий проект несет значительную научную новизну и актуален для получения важных результатов для развития сельского хозяйства. Достижимость целей проекта определяется данными литературы, подтверждающими реализуемость предложенных подходов, нашим научным заделом, наличием в нашем распоряжении модельной системы для проведения необходимых экспериментов и имеющейся материально-технической базой, опытом работы и публикациями. Предлагаемый проект является продолжением работы по тематике завершающихся проектов инициативных исследований молодых ученых РНФ № 17-74-10083 (Дубровина А.С.) и № 17-74-10082 (Тюнин А.П.).

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Дубровина А.С., Алейнова О.А., Супрун А.Р., Огнева З.В., Киселев К.В. Transgene suppression in plants by foliar application of in vitro-synthesized small interfering RNAs. Applied Microbiology and Biotechnology, 104(5):2125-2135. (год публикации - 2020)
10.1007/s00253-020-10355-y

2. Киселев К.В., Супрун А.Р., Алейнова О.А., Огнева З.В., Дубровина А.С. Physiological Conditions and dsRNA Application Approaches for Exogenously induced RNA Interference in Arabidopsis thaliana Plants (Basel), 10(2):264 (год публикации - 2021)
10.3390/plants10020264

3. Киселев К.В., Алейнова О.А., Огнева З.В., Супрун А.Р., Дубровина А.С. 35S promoter-driven transgenes are variably expressed in different organs of Arabidopsis thaliana and in response to abiotic stress Molecular Biology Reports, 48:2235–2241 (год публикации - 2021)
10.1007/s11033-021-06235-x

4. Киселев К.В., Супрун А.Р., Алейнова О.А., Огнева З.В., Калачев А.В., Дубровина А.С. External dsRNA Downregulates Anthocyanin Biosynthesis-Related Genes and Affects Anthocyanin Accumulation in Arabidopsis thaliana International Journal of Molecular Sciences, 22(13):6749 (год публикации - 2021)
10.3390/ijms22136749

5. Киселев К.В., Супрун А.Р., Алейнова О.А., Огнева З.В., Костецкий Э.Я., Дубровина А.С. The Specificity of Transgene Suppression in Plants by Exogenous dsRNA Plants (Basel), 2022, 11(6), 715 (год публикации - 2022)
10.3390/plants11060715

6. Нитяговский Н.Н., Супрун А.Р., Ананьев А.А., Тюнин А.П., Киселев К.В., Дубровина А.С. Применение методов РНК-интерференции для регуляции экспрессии генов винограда ВИНОГРАДАРСТВО И ВИНОДЕЛИЕ, Т. 50. С. 32-35. (год публикации - 2021)

7. Нитяговский Н.Н., Киселев К.В., Супрун А.Р., Дубровина А.С. Exogenous dsRNA induces RNA interference of a chalcone synthase gene in Arabidopsis thaliana International Journal of Molecular Sciences, 23(10), 5325 (год публикации - 2022)
10.3390/ijms23105325

Публикации