ИСТИНА

Понимание механизмов регуляции, основанных на системном транспорте РНК и функциях кольцевых РНК, способствует развитию новых технологий и подходов в защите растений. Возможность практического использования ожидаемых результатов проекта при переходе к высокопродуктивному сельскохозяйственному производству определяется востребованностью новых данных о молекулярных механизмах системного транспорта РНК, трансляции и функционировании кольцевых РНК в растениях для решения задач биотехнологии, современных методов защиты растений и селекции.

Circular RNAs have considerable functional importance in eukaryotic organisms. However, the regulation of biological processes by circular RNAs remains a "white spot" in present-day plant molecular biology. On the other hand, the mechanisms of systemic RNA transport in plants are also currently insufficiently investigated. This project, aimed at studying retrozymes, plant circular RNA capable of systemic transport, is at the junction of these two understudied areas. Recently discovered plant retrozymes represent a new class of genetic elements uniquely combining the properties of non-autonomous retrotransposons and autonomous circular RNAs. In the DNA form, retrozymes are integrated into the genome and transcribed, giving rise to retrozyme RNA, which can participate in two types of processes. First, the retrozyme RNA can undergo reverse transcription, after which its DNA copy is integrated into the genome, completing the act of transposition of this genetic element. Second, the retrozyme RNA is capable of circularization, RNA-RNA replication, and autonomous persistence in cells, as well as systemic (long-distance) transport in plants. In addition, retrozyme RNAs contain open reading frames and can serve as potential templates for protein synthesis. At present, plant retrozymes have hardly been characterized experimentally. The possible functions of retrozyme RNA persistence in plants and its systemic transport also remain unknown. This project aims to characterize three aspects of the molecular biology of plant retrozymes, namely (1) transcription of retrozyme loci, (2) translation and properties of retrozyme-encoded protein, and (3) systemic transport of retrozyme RNA. NbRZ1 retrozyme, which has been found in N. benthamiana plants in our recent studies, will be used as a model in the proposed investigations. In accordance with the project objectives, three lines of experimental work are planned. First, the transcription of the NbRZ1 genomic locus will be characterized. For this purpose, the transcription start site will be identified and elements of the NbRZ1 promoter will be mapped. Also, transgenic plants carrying the reporter construct will be obtained to analyze tissue-specific NbRZ1 promoter activity at different stages of plant development. Second, the expression and properties of the NbRZ1-encoded protein will be analyzed. The immunodetection of this protein in plants will be carried out using specific antibodies that will be obtained during the project. Using confocal microscopy, the subcellular localization of the NbRZ1-encoded protein fused with a fluorescent marker protein will be investigated. The effect of this protein on the plant under conditions of its temporary expression using a viral vector and constitutive expression in transgenic plants, which are planned to be obtained, will be investigated. Third, the systemic transport of NbRZ1 RNA will be studied. A phloem transport signal in NbRZ1 RNA will be identified by mutagenesis. The possible role of the protein encoded by NbRZ1 in the systemic transport of NbRZ1 RNA will be analyzed. In addition, the need for circularization for systemic NbRZ1 RNA transport will be investigated. The objectives of the project are scientifically novel as they aim to investigate aspects of the molecular biology of plant retrozymes that are largely unexplored. The new knowledge gained from the project will be important for understanding the currently unknown functions of circular RNA and the poorly understood molecular mechanisms of systemic transport of macromolecules in plants. The apparently insufficient knowledge in these areas of plant molecular biology and the novelty of the themes of the proposed research determine the relevance of solving the tasks set in the project.

Результатами выполнения данного проекта станут новые фундаментальные научные знания в области молекулярной биологии растений, а именно новые сведения о биологии ретрозимных элементов, дальнем транспорте РНК и функционировании кольцевых РНК в растениях. Будут исследованы особенности транскрипции ретрозимных элементов; будет картирован сигнал дальнего транспорта ретрозимной РНК по флоэме, а также будет исследована возможность кольцевых РНК ретрозимов служить матрицами для трансляции. Научная значимость запланированных результатов связана с их новизной и важностью для понимания биологии ретрозимных элементов и функционирования кольцевых РНК в растениях. Запланированные результаты соответствуют мировому уровню исследований в данной области; их публикация предполагается в виде статей в ведущих международных журналах. Возможность практического использования ожидаемых результатов определяется востребованностью новых данных о молекулярных механизмах транспорта РНК и трансляции кольцевых РНК в растениях для решения биотехнологических задач, таких как использование кольцевых РНК как более стабильных матриц для экспрессии гетерологичных белков в эукариотических системах.

Научным коллективом накоплен опыт в изучении транспорта РНК по сосудистой системе растений и биологии ретрозимных элементов. В нашем научном коллективе была разработана оригинальная система на основе модифицированного генома Х-вируса картофеля, позволяющая тестировать различные последовательности РНК на способность опосредовать дальний транспорт. С помощью полученной системы удалось идентифицировать структурные сигналы, обеспечивающие транспорт РНК по сосудистой системе растений, такие как тРНК-подобные структуры ряда РНК вирусов растений и пре-миРНК. Помимо этого, нам удалось впервые показать способность ряда при-миРНК к системному транспорту по флоэме растений C.maxima. Вместе с тем, нам удалось обнаружить в составе генома растений N.benthamiana ретрозимные элементы и показать способность РНК ретрозимов к дальнему транспорту и репликации.