Kun cirka 3 % af DNA’et i højere organismer er gener. Forskere forsøger at forstå, hvordan de resterende 97 % påvirker, hvordan organismer udvikler sig. Nu er forskere kommet tættere på at forstå den komplekse udvikling af livet. Ved at analysere produktet af de oversættelser af gener, der sker i cellen, har planteforskere fundet frem til, at mange af oversættelserne er stærkt forkortede, og at disse forkortede versioner ser ud til at bidrage til at regulere selve oversættelsen. Den nye viden er grundlæggende for at forstå planters vækst og afgørende for at lære, hvordan planters vækst kan reguleres kunstigt.
De fleste ved, at det kan være afgørende, om potteplanten i vindueskarmen får for meget vand, eller om den står i direkte sollys. De færreste tænker dog nok over den kaskade af komplekse reaktioner, som igangsættes inde i planten, når vandresterne fra et glas tømmes ned i plantens underskål. Et nyt forskningsprojekt afslører endnu en gang, at det langtfra er nok at kende en organismes genetik for at forstå, hvordan den udvikler sig.
”Vi undersøgte oversættelsen af genkoden i planter og fandt, at hvert gen ikke oversættes til kun én, men i gennemsnit hele fire versioner. Cirka 1 ud af 7 af de oversættelser er stærkt forkortede versioner i forhold til genernes fulde længde, og de forkortede genoversættelser spiller en afgørende rolle i at bidrage til at op- og nedregulere, hvor mange gange hver enkelt gen oversættes. At forstå denne nye reguleringsmekanisme er helt afgørende for at lære at kunne forstå og potentielt regulere planters vækst i fremtiden,” forklarer lektor Sebastian Marquardt fra Copenhagen Plant Science Centre, Institut for Plante- og Miljøvidenskab, Københavns Universitet.
Mangler adressemærkat
Det nye studie fokuserede på RNA-polymerase II – en enzym, der findes i de fleste organismer – og hvis rolle er at oversætte eller transkribere DNA-koden i generne til søstermolekylet RNA. DNA opbevarer og overfører genetisk information, og RNA-kopier fungerer som en transportør af den genetiske information ved at rejse mellem kromosomerne, hvor den genetiske kode oplagres, og ribosomerne, hvor den genetiske kode omsættes til proteiner.
”Vi brugte en ny metode – transskript isoform-sekvensering – hvor vi kunne aflæse starten og slutningen af alle RNA-molekylerne i celler. Så kunne vi se, om der var forskel på de kopier, der blev lavet fra et enkelt DNA til RNA. De forsøg viste, at hvert DNA-molekyle i planter i gennemsnit blev oversat i fire versioner – isoformer. Det store spørgsmål var selvfølgelig: hvorfor bliver der lavet flere forskellige versioner af det samme gen?” siger Sebastian Marquardt.
Forsøgene blev lavet i Arabidopsis thaliana – også kendt som almindelig gåsemad – der har vist sig at være en god modelplante til at studere planter generelt. Og når forskerne undersøgte de forskellige typer af kopier, kunne de se nogle generelle tendenser i, hvordan kopierne var udformet.
”Der var selvfølgelig de versioner, hvor hele genet var kopieret, men nogle af kopierne var versioner, der enten var let forkortet, eksempelvis i slutningen, hvor deres polyadenylering-sites var skåret væk. Polyadenylering er en slags adressemærkat, der fortæller cellen, at molekylerne skal transporteres ud af kernen, så de kan oversættes til proteiner,” forklarer Sebastian Marquardt.
Genfindes i fluer og mennesker
En stor del af RNA-molekylerne manglede dog disse adressemærkater, og nogle var meget forkortede versioner. 14 % af RNA'erne var short promoter proximal RNAs (sppRNA’er) – korte og relativ ustabile RNA’er.
”Vi undersøgte disse sppRNA’er nærmere og fandt, at deres funktion var at være med til at regulere selve transskriptionen – eller oversættelsen – af DNA til RNA. Så vi fandt en feedback-mekanisme, hvor nogle af kopi-produkterne medvirker til at påvirke, hvor mange kopier der bliver produceret,” siger Sebastian Marquardt.
SppRNA'et binder sig sandsynligvis til og blokerer kopimaskinen – RNA polymerasen II – og reducerer dermed hastigheden på produktionen af RNA. På den måde styrer cellens RNA ikke blot, hvor DNA-kopierne skal sendes hen, men også hvor mange der bliver produceret.
”Vi formoder, at ækvivalenter af sppRNA findes også i både bananfluer og mennesker, da vi ved, at der findes nogle af de samme mekanismer her, så det virker til at være en ret spændende opdagelse, som sandsynligvis illustrerer et nyt princip for, hvordan genudtryk bliver styret i naturen,” forklarer Sebastian Marquardt.
Det er også et ret betydeligt fund for plantebioteknologi og kan muligvis forklare nogle af de udfordringer, man tidligere har haft med at få gener udtrykt i planter.
”Den nye viden viser klart, at vi kan ikke nødvendigvis forventer, at et nyt gen kan blive udtrykt i en ny plante ved bare at splejse det ind i genomet. Reguleringsmekanismerne er langt mere komplekse, og disse mekanismer skal medtænkes i bestræbelser på at manipulere med planters genomer for at løse fremtidige udfordringer såsom at øge udbyttet i fremtidige klimaer,” konkluderer Sebastian Marquardt.
"Transcript isoform sequencing reveals widespread promoter-proximal transcriptional termination in Arabidopsis" er udgivet i Nature Communications. Sebastian Marquardt modtog i 2015 støtte fra Novo Nordisk Fonden til projektet ”Functional dissection of long non-coding RNA (lncRNA) transcription”.
