Обнаружение CRISPR-кассет и генов cas в геноме Arabidopsis thaliana

Современный уровень знаний в области эволюции растительных вирусов позволяет отнести проблему генетических основ противовирусного иммунитета высших растений (в том числе важнейших сельскохозяйственных культур) к разряду наиболее актуальных проблем генетики и селекции. В соответствии с эндосимбиотической теорией принято считать, что митохондрии произошли от альфа-протеобактерий, которые были поглощены, но не подвергнуты деструкции клеткой-хозяином. В связи с открытием у прокариот CRISPR-Cas (clustered regularly interspaced short palindromic repeats – CRISPR-associated proteins) систем, выполняющих функцию адаптивного иммунитета, возникает вопрос, мог ли подобный механизм противовирусной защиты быть подхвачен эволюцией и использован представителями эукариот, например растениями. Задачей настоящей работы был анализ полных последовательностей ядерного, митохондриального и хлоропластного геномов Arabidopsis thaliana с целью поиска генетических элементов, сходных с таковыми в CRISPR-Cas системах у бактерий и архей. В результате методами in silico в митохондриальном геноме экотипов A. thaliana обнаружен локус регулярно перемежающихся коротких прямых повторов, соответствующий по своей организации CRISPR-локусу адаптивного CRISPR-Cas иммунитета прокариот. На вероятную связь обнаруженного в митохондриальном геноме высшего растения локуса с функцией адаптивного иммунитета указывает наличие у спейсерных последовательностей в составе найденной СRISPR-кассеты гомологии с геномом вируса мозаики цветной капусты, поражающего растения арабидопсиса. У линий арабидопсиса С24 и Ler последовательности повторов и спейсеров CRISPR-кассеты полностью идентичны. В то же время локализация самого СRISPR-локуса в митохондриальном геноме этих линий существенно различается. Установлено, что у линии Col-0 в результате четырех делеций и одной инсерции CRISPR-кассета полностью нарушена. Хотя гены cas в митохондриальном геноме исследуемых экотипов арабидопсиса не были найдены, установлено их наличие в ядерном геноме. В ядерном геноме экотипа Col-0 на всех пяти хромосомах обнаружены гены cas и многочисленные CRISPR-кассеты. Полученные результаты позволяют предположить существование у растений системы адаптивного иммунитета, аналогичного CRISPR-иммунитету бактерий и архей.