PTGS у растений обладает двумя особенностями, которые обусловлены активностью РНК-зависимой РНК-полимеразы RDR6: не клеточно-автономным сайленсингом и транзитивностью (рис. 9.3а). В первом случае индуцирующие PTGS сигнальные РНК перемещаются из клеток, в которых они возникли, в соседние через плазмодесмы или, как это изначально было показано в опытах с прививками, по сосудистой системе и вызывают специфичное к нуклеотидной последовательности замалчивание генов в довольно отдаленных местах (Voinnet, 2005). Небольшие мобильные РНК, являющиеся системными сигналами замалчивания генов, могли бы выполнять двойственную функцию в развитии растения: осуществлять коммуникацию между клетками и координировать их активность в разных, в том числе и отдаленных частях растения. Это предположение подкреплено открытием микроРНК (miPHK; важны для развития, раздел 3.3) и небольшого связывающего Маленькие РНК белка в соке флоэмы, который служит основным транспортером метаболитов по сосудистой системе растения (Yoo et al., 2004).
Транзитивность представляет собой образование вторичных siPHK, соответствующих определенным нуклеотидным последовательностям, локализованным вне первичных мишеней. В этом случае РНК-зависимая РНК-полимераза катализирует синтез вторичных двутяжевых РНК на трансгенных или вирусных матричных РНК с использованием в качестве праймеров первичных siPHK. В результате действия дайсера образуются вторичные siPHK, которые преумножают реакцию сайленсинга и, когда речь идет о вирусных РНК, увеличивают устойчивость растений к вирусной инфекции (\binnet, 2005).
Другим единственным организмом, у которого выявлены не клеточно-автономное замалчивание генов и транзитивность. является нематода С. elegans (глава 8), имеющая предполагаемую РНК-зависимую РНК-полимеразу, которой нет у млекопитающих и Drosophila
Растительные вирусы — не только индукторы и мишени замалчивания генов, у них есть белки, которые могут подавлять сайленсинг (Voinnet, 2005). Это укрепляет идею о том, что PTGS служит природной защитой от вирусов, эти супрессорные белки стоят на вооружении контрзащитной «стратегии» патогена. В геноме большинства вирусов закодирован, по-крайней мере, один белок, подавляющий замалчивание генов, который работает на определенном этапе PTGS после процессинга двутяжевых РНК. Подавление PTGS вирусом четко наблюдается у крапчатой сои, у которой темная окраска есть результат обратимости естественного PTGS, т.е. реактивации гена, отвечающего за образование пигмента (рис. 9.2д) (Senda et al., 2004). Вирусные супрессоры PHKi недавно найдены также у вирусов насекомых и животных ретровирусов (Lecellier et al., 2005; Voinnet, 2005).
3.3 Путь 2: регуляция развития растений miPHK и транс-действующими siPHK
Открытие эндогенных популяций miPHK у растении и животных знаменовало новую эру в исследовании биологии развития и обусловленного PHKi замалчивания генов (Bartel, 2004). miPHK замалчивают экспрессию генов путем комплементарного спаривания с информационными РНК-мишенями и индукции расщепления мРНК или ингибирования трансляции. На важную роль miPHK в развитии растений указывает и тот факт, что многие необходимые для биогенеза miPHK и сайленсинга гены (в том числе DCL1, AGOl, HEN1, HYL1 и HST) были обнаружены при скринировании мутантов с дефектами развития, у них и было выявлено накопление miPHK. Фенотипы мутантов, дефектных по этим белкам, указывали на разнообразную роль miPHK в функционировании меристемы, полярности органов, развитии сосудистой системы, структуре цветка и ответах растения на стресс и гормональное воздействие (Kidner and Martienssen, 2005). Недавно установлено, что miPHK участвуют в биогенезе новых типов маленьких РНК и транс-действующих siPHK.
МикроРНК изначально были получены при клонировании разделенных по размеру маленьких РНК, содержащих 18-28 нуклеотидных остатков. Их высокая степень комплементарности к мРНК-мишеням у растений заметно облегчила идентификацию дополнительных микроРНК при компьютерном анализе. Таким путем у арабидопсиса найдены 92 локуса. в которых закодировано 27 определенных микроРНК, примерно столько же выявлено и у риса. Экспрессия многих микроРНК регулируется средой и программой развития растения. Примерно 50% их мишеней у арабидопсиса — факторы транскрипции, многие из которых являются модуляторами образования меристемы и идентичности. Это было установлено еще до их идентификации в качестве мишеней микроРНК. В отличие от этого, у животных микроРНК не всегда адресованы мишеням, кодирующим факторы транскрипции, а регулируют разные гены в клетке. Два важных белка микроРНКового пути у арабидопсиса, DCL1 и AGOl, саморегурегулируются с помощью микроРНК с участием негативной модуляции по принципу обратной связи (Kidnerand Martienssen, 2005).