Изучение разнообразия и эволюции генов TAS3, кодирующих предшественники ta-siРНК у нецветковых наземных растений и особенности их экспрессии у некоторых покрытосеменных тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.03, кандидат биологических наук Красникова, Мария Сергеевна

• Красникова, Мария Сергеевна
• кандидат биологических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Красникова, Мария Сергеевна

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Развитие исследований РНК-сайленсинга у растений: микроРНК и транс-действующие малые РЖ

1.2. Функции 1а-з11ША растений

1.3. Изучение микроРНК и 1а-81РНК мхов и их функций

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1. Растительный материал

2 2. Выделение ДНК

2.3. Агробактериальная трансформация и агроинфильтрация

2.4. Выделение РНК и синтез кДНК

2.5. Амплификация и электрофорез

2.6. Клонированние фрагментов ДНК

2.7. Секвенирование

2.8. Вычислительный анализ последовательностей

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Разнообразие генов ТА83 и их дифференциальная

экспрессия у некоторых растений рода Мсойапа

3.2. Разнообразие генов ТА83 и их дифференциальная

экспрессия у некоторых растений в подтрибе Зепесюшпае

3.3. Разнообразие генов 1ш11390 у некоторых мхов и печеночников

3.4 Детекция генов ТА83 у нецветковых высших растений

- мохообразных, папоротникообразных и голосеменных

3.5. Принципы эволюции генов ТАБЗ у наземных растений

ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

БЛАГОДАРНОСТИ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Изучение разнообразия и эволюции генов TAS3, кодирующих предшественники ta-siРНК у нецветковых наземных растений и особенности их экспрессии у некоторых покрытосеменных»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Малые некодирующие РНК у эукариот это обычно 20-25-и нуклеотидные последовательности участвующие во многих биологических процессах. У растений они играют важнейшую регуляторную роль в процессе роста и дифференцирования тканей, в формировании гетерохроматина, деградации мРНК, подавлении экспрессии генов, а также в ответе на разнообразные типы стрессов.

Эта роль осуществляется комплементарным связыванием малых некодирующих РНК со специфическими мРНК-мишенями, ведущим к посттранскрипционному РНК-сайленсингу соответствующих генов [Baulcombe, 2004; Carrington and Ambros, 2003; Voinnet, 2005; Vaucheret, 2006; Bonnet et al., 2006; Chu and Rana, 2007].

К основным видам малых РНК относятся микроРНК (miPHK), короткие интерферирующие РНК (siPHK) и транс-действующие siPHK (ta-siPHK).

Микро РНК (miPHK) представляют собой класс малых некодирующих РНК (из 21-22 нуклеотидов), транскрибируемых из геномов всех многоклеточных организмов и некоторых вирусов [Jones-Rhoades and Bartel, 2004; Laporte et al., 2007; Liu et al., 2007].

Биогенез растительных miPHK начинается с транскрипции предшественников микроРНК РНК-полимеразой II. Эти предшественники содержат последовательность зрелой микроРНК внутри длинной несовершенной шпильки, которая обрабатывается в ядре белком DCL1 [Rogers and Chen, 2013]. В настоящее время описаны, в общей сложности, несколько десятков семейств растительных микроРНК (сотни отдельных видов микроРНК), а также, найдены их мишени - в основном белок-кодирующие мРНК. Но некоторые микроРНК руководят расщеплением некодирующих первичных транскриптов TAS генов направляя формирование трансдействующих siPHK. В этом случае, микроРНК выполняют расщепление с помощью белка Argonaute (AGO), который расщепляет одноцепочечный TAS

РНК транскрипт в области, комплементарной малой РНК. Продукты расщепления TAS преобразуются в результате совместного действия белка SGS3 и РНК-полимеразы RDR6 в двухцепочечную форму, а затем обрабатываются DCL4 для получения ta-siPHK, которые располагаются с шагом в 21 нт по отношению к исходному сайту расщепления на обеих цепях.

Получившиеся 21 -нуклеотидные ta-siPHK далее работают в качестве компонентов комплекса RISC для направления AGO-зависимого расщепления их мишени.

Особенность их действия связана с тем, что они функционально инактивируют in trans не те гены, которыми кодируются (TAS гены), а иные гены, в основном кодирующие регуляторные белки.

Для высших растений характерны ta-siPHK, которые кодируются собственными генами (TAS la, TASlb, TASlc, TAS2, TAS3 и TAS4). Большинство предшественников TAS РНК имеют только один мотив микроРНК (например, miR173), расположенный на 5'-конце ta-siPHK предшественника, и этот мотив расщепляется AGOl руководствуясь соответствующей микроРНК. Однако для расщепления предшественника TAS3 РНК, необходимо два сайта miR390 (на 5' и 3' концах фрагмента). Образование таких ta-siPHK зависит от специфичного взаимодействия между AG07 и miR390 [Montgomery et al., 2008; Endo et al., 2013]. Впоследствии они контролируют активность генов ауксин-регулируемых транскрипционных факторов ARF3 и ARF4, направляя специфическую деградацию их мРНК, поэтому их назвали ta-siARF РНК [Allen et al., 2005; Carraro et al., 2006; Nogueira et а., 2007].

Важнейшее значение TAS3 генов в регуляции развития растения, их широкая распространенность даже у примитивных наземных растений и слабая изученность эволюции и разнообразия miR390-3aBHCHMbix TAS генов требуют новых подходов и специальных исследований в этом направлении [Allen et al., 2005; Nogueira et al., 2007].

Цель исследования. Изучение разнообразия и биоинформатический анализ нуклеотидных последовательностей генов транс-действующих малых интерферирующих РНК, процессинг предшественников которых направляется микроРНК miR390 для различных, таксономически удаленных, видов наземных растений.

Задачи исследования:

1) Изучение разнообразия и дифференциальной экспрессии генов TAS3 у некоторых двудольных растений семейства Solanaceae;

2) Изучение разнообразия и дифференциальной экспрессии генов TAS3 у некоторых двудольных растений трибы Senecioninae (семейство Asteraceae);

3) Изучение разнообразия генов miR390 у некоторых мхов и печеночников;

4) Изучение разнообразия генов TAS3 у мхов.

Научная новизна. Для изучения TAS-генов, зависимых от miR390, исследовано их разнообразие у растений порядков Solanales, Asterales и Alismatales. Использование нового подхода, основанного на ПЦР, позволило выявить новые типы TAS генов. Эти гены характеризуются гораздо меньшей дистанцией между участками, комплеметарными miR390, и не обнаруживаются у Arabidopsis thaliana. Более того, эти "короткие" гены дают начало только одной копии ta-siARF РНК. Заметим, что анализ баз данных последовательностей геномов растений позволил выявить такие TAS гены у 15 семейств двудольных растений и двух семейств голосеменных растений. Кроме того, получены данные об особенностях экспрессии нового типа TAS генов.

В работе приведены данные детального анализа разнообразия TAS3-подобных генов у мхов и родственных им древнейших наземных растений. Ранее мировой науке были известны данные лишь по одному виду мхов -Physcomitrella patens. В процессе данной работы были клонированы более 40 генов, кодирующих ta-siARF РНК, используя ДНК различных таксономически удаленных видов мхов. ДНК была изолирована из целого ряда

представителей классов Andreaeopsida, Polytrichopsida, Tetraphidopsida, Bryopsida (подклассы Timmiidae, Bryidae и Dicranidae) и класса Sphagnopsida. Анализ данных о структуре TAS генов у других представителей наземных растений, включая печеночники мхи, плауны и папортники, позволил нам выдвинуть гипотезу, согласно которой эти гены эволюционировали с изменением специфичности и структуры кодируемых ими ta-siPHK.

Впервые широко исследована структура генов предшественников miR390 у печеночников и мхов. Впервые идентифицированы гены различных видов мхов и лишь несколько из них сходны по первичной структуре с известными ранее генами miR390 Physcomitrella patens.

Некоторые функции TAS3 генов являются тесно связанными с функциями онтогенеза растений и их устойчивостью к абиотическим стрессам. В этой связи часть работы посвящена изучению селективности регуляции экспрессии TAS3 генов, содержащих тандемно-дуплицированный район ta-siARF РНК, с одной стороны, и мономерный район ta-siARF, с другой. Впервые у цветковых растений выявлено существование механизмов селективной регуляции экспрессии TAS3 генов.

Практическая значимость работы. Результаты нашего исследования дают новые представления о регуляторных механизмах функционирования защитного ответа растений на повреждающие стрессовые воздействия. Согласно литературным данным, на модели растений показана возможность получения трансгенов, имеющих признаки устойчивости к тяжелым металлам и вирусной инфекции. Эта толерантность была основана на стабильной экспрессии в растениях генов TAS. Потенциально, экспрессия в модельных трансгенных растениях наших конструкций генов TAS, введенных с помощью бинарного вектора дает возможность получения растений, несущих ценные признаки. Все полученные материалы могут быть включены в курс лекций для студентов биологических ВУЗов.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 3 научных конференциях: Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2010» (Россия, Москва, 2010); Всероссийская бриологическая конференция с международным участием, посвященная 100-летию со дня рождения Романа Николаевича Шлякова (Кировск, 2012); International Conference «Molecular Mapping and Marker assisted Selection» (Vienna, Austria, 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 статей в научных журналах, из которых 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, а также 3 статьи в материалах и тезисах научных конференций.

Заключение диссертации по теме «Молекулярная биология», Красникова, Мария Сергеевна

выводы

1) Предложен новый метод выявления генов TAS3 растений в составе геномной

ДНК и РНК-транскриптов. Этот метод основывается на использовании полимеразной цепной реакции с применением праймеров, сходных или комплементарных микроРНК, miR390.

2) Предложенный нами подход позволил выявить новый, не описанный ранее тип TAS3 генов, кодирующих предшественники ta-siARF РНК у различных семенных растений.

3) Впервые у цветковых растений выявлено существование механизмов селективной регуляции экспрессии TAS3 генов.

4) Приведены данные детального анализа разнообразия TAS3-подобных генов у мхов и родственных им древнейших наземных растений. Идентифицировано более 40 генов, кодирующих ta-siARF РНК, для различных таксономически удаленных групп мохообразных.

5) Впервые установлена первичная структура miR390 у ряда мхов и родственных им древнейших наземных растений.

6) Анализ данных о структуре TAS генов у представителей наземных растений, позволил выдвинуть гипотезу, согласно которой эти гены эволюционировали с изменением специфичности и структуры кодируемых ими ta-si РНК.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Красникова, Мария Сергеевна, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Addo-Quaye C., Snyder J.A., Park Y.B., Li Y.F., Sunkar R., Axtell M.J. Sliced microRNA targets and precise loop-first processing of MIR319 hairpins revealed by analysis of the Physcomitrella patens degradóme // RNA. 2009. V. 15. P. 2112-2121.

2. Alexandrov,N.N., Troukhan,M.E., Brover,V.V., Tatarinova,T., Lu,Y.-P., Flavell,R.B., Feldmann,K.A. Features of Arabidopsis genes and genome discovered using full-length cDNAs // Plant Molecular Biology. 2006. V. 60. N. 1. P. 69-85.

3. Allen E., Xie Z., Gustafson A.M., and Carrington J.C. MicroRNA-directed phasing during trans-acting siRNA biogenesis in plants // Cell. 2005. V. 121. N. 2. P. 207-221.

4. Allen E., Howell M.D. miRNAs in the biogenesis of trans-acting siRNAs in higher plants // Seminars in Cell and Developmental Biology. 2010. V. 21. N. 8. P. 798-804.

5. Ambros V. and Chen X. The regulation of genes and genomes by small RNAs // Development. 2007. V. 134. N. 9. P. 1635-1641.

6. Anantharaman V., Koonin E., Aravind L. Comparative genomics and evolution of proteins involved in RNA metabolism // Nucleic Acids Research. 2002. V. 30. N. 7. P. 1427-1464.

7. Arazi T., Talmor-Neiman M., Stav R., Riese M., Huijser P., Baulcombe D.C. Cloning and characterization of micro-RNAs from moss // The Plant Journal. 2005. V. 43. P. 837-848.

8. Arazi T. MicroRNAs in the moss Physcomitrella patens // Plant Molecular Biology. 2012. V. 80. P. 55-65.

9. Arif M.A., Fattash I., Ma Z., Cho S.H., Beike A.K., Reski R., Axtell M.J., and Frank W. DICER-LIKE3 activity in Physcomitrella patens DICER-LIKE4 mutants causes severe developmental dysfunction and sterility // Molecular Plant. 2012. V. 5. P. 1281-1294.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18,

19

20

21

22

23

Arif M.A., Frank W. and Khraiwesh B. Role of RNA Interference (RNAi) in the Moss Physcomitrella patens // International Journal of Molecular Sciences. 2013. V. 14. P. 1516-1540.

Arthur W. The emerging conceptual framework of evolutionary developmental biology // Nature. 2002. V. 415. P. 757-764.

Axtell M.J., and Bartel D.P. Antiquity of microRNAs and their targets in land plants // Plant Cell. 2005. V. 17 P. 1658-1673.

Axtell M.J., Jan C., Rajagopalan R., Bartel D.P. A two-hit trigger for siRNA biogenesis in plants // Cell. 2006. V. 127. P. 565-577.

Axtell M.J., Snyder J.A., and Bartel D.P. Common functions for diverse small RNAs of land plants // Plant Cell. 2007. V. 19. N. 6. P. 1750-1769. Axtell M.J. and Bowman J.L.. Evolution of plant microRNAs and their targets // Trends in Plant Science. 2008. V. 13. P. 343-349.

Axtell M.J., Westholm J.O. and Lai E.C. Vive la différence: biogenesis and evolution of microRNAs in plants and animals // Genome Biology. 2011. V. 12. N. 4. P. 221-234.

Axtell M.J. Classification and Comparison of Small RNAs from Plants // Annual Review of Plant Biology. 2013. V. 64. P. 137-159.

Banks J.A., Nishiyama T., Hasebe M. et al. The Selaginella genome identifies genetic changes associated with the evolution of vascular plants // Science. 2011. V. 332. N. 6032. P. 960-963.

Barakat A., Wall K.P., Diloretto S., Depamphilis C.W., Carlson J.E. Conservation and divergence of microRNAs in Populus // BMC Genomics. 2007. V. 8. doi:10.1186/1471-2164-8-481

Baulcombe D. RNA silencing in plants // Nature. 2004. V. 431. P. 356-363. Bonnet E., Van de Peer Y., and Rouzé P. The small RNA world of plants // New Phytologist. 2006. V. 171. N. 3. P. 451-468.

Bowman J.L. Walkabout on the long branches of plant evolution // Current Opinion in Plant Biology. 2013. V. 16. P. 70-77.

Carraro N., Peaucelle A., Laufs P. and Traas J. Cell differentiation and organ

initiation at the shoot apical meristem // Plant Molecular Biology. 2006. V. 60. P. 811-826.

24. Carrington J.C. and Ambros V. Role of microRNAs in plant and animal development // Science. 2003. V. 301. P. 336-338

25. Cerutti H., Casas-Mollano J. On the origin and functions of RNA-mediated silencing: from protists to man // Current Genetics. 2006. V. 50. N. 2. P. 81-99.

26. Chen X. MicroRNA metabolism in plants // Current Topics in Microbiology and Immunology. 2008. V. 320 P. 117-136.

27. Chen X. Small RNAs - secrets and surprises of the genome // Plant Journal. 2010. V. 61. P. 941-958.

28. Chitwood D.H., Nogueira F.T.S., Howell M.D., Montgomery T.A., Carrington J.C. and Timmermans M.C. Pattern formation via small RNA mobility // Genes and Development. 2009. V. 23. P. 549-554.

29. Chitwood D.H. and Timmermans M.C. Small RNAs are on the move // Nature. 2010. V. 467. P. 415-419.

30. Cho S.H., Coruh C., and Axtell M.J. miR156 and miR390 Regulate tasiRNA Accumulation and Developmental Timing in Physcomitrella patens // The Plant Cell. 2012. V. 24. N. 12. P. 4837-4849.

31. Chu C.Y. and Rana T.M. Small RNAs: regulators and guardians of the genome // Journal of Cell Physiology. 2007. V. 213. N. 2. P. 412-419.

32. Chung C.T., Miller R.M. A rapid and convenient method for the preparation and storage of competent bacterial cells // Nucleic Acids Research. 1988. V. 16. P. 3580.

33. Chung C.T., Niemela S.L., and Miller R.H. One-step preparation of competent Escherichia coli: transformation and storage of bacterial cells in the same solution // PNAS. 1989. V. 86. N. 7. P. 2172-2175.

34. Cove D. The moss Physcomitrella patens // Annu Rev Genet. 2005. V. 39. P. 339-358.

35. Cuperus J.T., Fahlgren N., and Carrington J.C. Evolution and functional diversification of miRNA genes // Plant Cell. 2011. V. 23. P. 431^42.

36. Curaba J. and Chen X. Biochemical Activities of Arabidopsis RNA-dependent RNA Polymerase 6 // Journal of Biological Chemistry. 2008. V. 283. N. 6. P. 3059-3066.

37. Douglas R.N., Wiley D., Sarkar A., Springer N., Timmermans M.C., Scanlon M.J. Ragged seedling2 encodes an ARGONAUTE7-like protein required for mediolateral expansion, but not dorsiventrality, of maize leaves // Plant Cell. 2010. V. 22. N. 5. P. 1441-1451.

38. Doyle J.J., Doyle J.L. A rapid DNA isolation procedure from small quantities of fresh leaf tissue // Phytochemical Bulletin. 1987. V. 19. P. 11-15.

39. Duarte J.M., Wall P.K., Edger P.P., Landherr L.L., Ma H., Pires J.C., Leebens-Mack J., de Pamphilis C.W. Identification of shared single copy nuclear genes in Arabidopsis, Populus, Vitis and Oryza and their phylogenetic utility across various taxonomic levels // BMC Evolutionary Biology. 2010. V. 10. P. 61-70.

40. Dunoyer P., Schott G., Himber C., Meyer D., Takeda A., Carrington J.C. and Voinnet O. Small RNA duplexes function as mobile silencing signals between plant cells // Science. 2010. V. 328. P. 912-916.

41. Egan A.N., Schlueter J., and Spooner D.M. Applications of next-generation sequencing in plant biology // American Journal of Botany. 2012. V. 99. P. 175-185.

42. Endo Y., Iwakawa H.O., and Tomari Y. Arabidopsis ARGONAUTE7 selects miR390 through multiple checkpoints during RISC assembly // EMBO Report. 2013. V. 14. N. 7. P. 652-658.

43. Fang Y. and Spector D.L. Identification of Nuclear Dicing Bodies Containing Proteins for MicroRNA Biogenesis in Living Arabidopsis // Plants Current Biology. 2007. V. 17. N. 9. P. 818-823.

44. Fahlgren N., Montgomery T.A., Howell M.D., Allen E., Dvorak S.K., Alexander A.L. et al. Regulation of AUXIN RESPONSE FACTOR3 by TAS3 ta-siRNA affects developmental timing and patterning in Arabidopsis // Current Biology. 2006. V. 16. P. 939-944.

45. Fattash I., Voss B., Reski R., Hess W.R., Frank W. Evidence for the rapid

expansion of microRNA-mediated regulation in early land plant evolution // BMC Plant Biology. 2007. V.7. doi: 10.1186/1471-2229-7-13.

46. Fei Q., Xia R., and Meyers B.C. Phased, Secondary, Small Interfering RNAs in Posttranscriptional Regulatory Networks // Plant Cell. 2013. V. 25. P. 2400-2415.

47. Fire A., Xu S., Montgomery M.K., Kostas S.A., Driver S.E., and Mello C.C. Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans // Nature. 1998. V. 391. P. 806-811.

48. Floyd S.K., Bowman J.L. Gene regulation: ancient microRNA target sequences in plants // Nature. 2004. V. 428. P.485-486.

49. Garcia D., Collier S.A., Byrne M.E., Martienssen R.A. Specification of leaf polarity in Arabidopsis via the trans-acting siRNA pathway //Current Biology. 2006. V. 16. P. 933-938.

50. Gursanscky N.R., Searle I.R., and Carroll B.J. Mobile microRNAs hit the target // Traffic. 2011. V. 12, N. 11. P. 1475-1482.

51. Hall T.A. BioEdit: A user-friendly biological sequence alignment editor analysis program for Windows 95/98/NT // Nucleic Acids Symposium Series. 1999. V. 41. P. 95-98.

52. Hamilton A.J. and Baulcombe D.C. A Species of Small Antisense RNA in Posttranscriptional Gene Silencing in Plants // Science. 1999. V. 286. P. 950-952.

53. He L., Huang A., Shen S., Niu J., Wang G. Comparative Analysis of MicroRNAs between Sporophyte and Gametophyte of Porphyra yezoensis // Comparative and Functional Genomics. 2012. doi:10.1155/2012/912843.

54. Howell M.D., Fahlgren N., Chapman E.J., Cumbie J.S., Sullivan C.M., Givan S.A. et al. Genome-wide analysis of the RNA-dependent RNA polymerase6/DicerLike4 pathway in Arabidopsis reveals dependency onmiRNA- and tasiRNAdirected targeting // Plant Cell. 2007. V. 19. P. 926-942.

55. Huijser P., and Schmid M. The control of developmental phase transitions

in plants // Development. 2011. V. 138 P. 4117-4129.

56. Hunt A. G. RNA regulatory elements and polyadenylation in plants // Frontiers in Plant Science. Plant Genetics and Genomics. 2012. doi: 10.3389/fpls.2011.00109.

57. Husbands A.Y., Chitwood D.H., Plavskin Y., Timmermans M.C. Signals and prepatterns: new insights into organ polarity in plants // Genes and Development. 2009. V. 23. N. 17. P. 1986-1997.

58. Jagadeeswaran G., Nimmakayala P., Zheng Y., Gowdu K., Reddy U.K., and Sunkar R. Characterization of the small RNA component of leaves and fruits from four different cucurbit species // BMC Genomics. 2012. V. 13. 329. doi: 10.1186/1471-2164-13-329.

59. Jin W., Li N., Zhang B., Wu F., Li W., Guo A., Deng Z. Identification and verification of microRNA in wheat (Triticum aestivum) // Journal of Plant Research/ 2008. V. 121. N. 3. P. 351-355.

60. Jones-Rhoades M.W., and Bartel D.P. Computational identification of plant microRNAs and their targets, including a stress-induced miRNA // Molecular Cell. 2004. V. 14. P. 787-799.

61. Jones-Rhoades M.W., Bartel D.P., and Bartel B. MicroRNAS and their regulatory roles in plants// Annual Reviews in Plant Biology. 2006. V. 57. P. 19-53.

62. Jones-Rhoades M.W. Conservation and divergence in plant microRNAs // Plant Molecular Biology. 2012. V. 80. P. 3-16.

63. Judd W.S., Campbell C.S., Kellog E.A., Stevens P.F. and Donoghue M.J. Plant Systematics: A Phylogenetic Approach // Sinauer Associatec, Inc. 2008. Saunderland U.S.A. 61 lp.

64. Kenrick P. and Crane P.R. The Origin and Early Diversification of Land Plants: a Cladistic Study // Smithsonian Institution Press. 1997. Washington. 441 p.

65. Khraiwesh B., Arif M.A., Seumel G.I., Ossowski S., Weigel D., Reski R., and Frank W. Transcriptional control of gene expression by microRNAs // Cell. 2010. V. 140. P. 111-122.

66. Laporte P., Merchan F., Amor B.B., et al. Riboregulators in plant development // Biochemical Society Transactions. 2007. V. 35. N. 6. P. 1638-1642.

67. Lee C., Li X., Hechmer A., Eisen M., Biggin M. D., Venters B. J., Jiang C., Li J., Pugh B. F., Gilmour D. S. NELF and GAGA Factor Are Linked to Promoter-Proximal Pausing at Many Genes in Drosophila // Molecular and cellular biology. 2008. V. 28. N. 10. P. 3290-3300.

68. Lelandais-Briére C., Sorin C., Declerck M., Benslimane A., Crespi M., and Hartmann C. Small RNA diversity in plants and its impact in development // Current Genomics. 2010. V. 11. N. 1. P. 14-23.

69. Le Trionnaire G., Grant-Downton R.T., Kourmpetli S., Dickinson H.G., and Twell D. Small RNA activity and function in angiosperm gametophytes // Journal of experimental botany. 2011. V. 62. P. 1601-1610.

70. Lehtonen S. Towards Resolving the Complete Fern Tree of Life // PLoS ONE. 2011. V. 6. N. 10. doi:10.1371/journal.pone.0024851.

71. Li A. and Mao L. Evolution of plant microRNA gene families // Cell Research. 2007. V. 17. N. 3. P. 212-218.

72. Lindbo J.A., Silva-Rosales L., Proebsting W.M., and Dougherty W.G. Induction of a Highly Specific Antiviral State in Transgenic Plants: Implications for Regulation of Gene Expression and Virus Resistance // The Plant Cell. 1993. V. 5. P. 1749-1759.

73. Liu B., Chen Z., Song X. et al. Oryza sativa dicer-like4 reveals a key role for small interfering RNA silencing in plant development // Plant Cell. 2007. V. 19. N. 9. P. 2705-2718.

74. Margis R., Fusaro A.F., Smith N.A., Curtin S.J., Watson J.M., Finnegan E.J., Waterhous P.M. The evolution and diversification of Dicer in plants // FEBS Letters. 2006. V. 580. P. 2442-2450.

75. Marchuk D., Drumm M., Saulin A., Collins F.S. Constraction of T-vectors, a rapid and general system for direct cloning of unmodified PCR-products // Nucleic Acids Research. 1991. V. 19. P. 1154-1156.

76. Marin E., Jouannet V., Herz A., Lokerse A.S., Weijers D., Vaucheret H.,

Nussaume L., Crespi M.D., and Maizel A. miR390, Arabidopsis TAS3 tasiRNAs, and their AUXIN RESPONSE FACTOR targets define an autoregulatory network quantitatively regulating lateral root growth // Plant Cell. 2010. V. 22. P. 1104-1117.

77. Merget B. and Wolf M. A molecular phylogeny of Hypnales (Bryophyta) inferred from ITS2 sequence-structure data // BMC Research Notes. 2010. V. 3. P. 320-327.

78. Molnar A., Melnyk C.W., Bassett A., Hardcastle T.J., Dunn R. and Baulcombe D.C. Small silencing RNAs in plants are mobile and direct epigenetic modification in recipient cells // Science. 2010. V. 328. P. 872-875.

79. Montgomery T.A., Howell M.D., Cuperus J.T., Li D., Hansen J.E., Alexander A.L., Chapman E.J., Fahlgren N., Allen E., and Carrington J.C. Specificity of ARGONAUTE7-miR390 Interaction and Dual Functionality in TAS3 TransActing siRNA Formation // Cell. 2008. V. 133. P. 128-141.

80. Napoli C., Lemieux C., Jorgensen R. Introduction of a Chimeric Chalcone Synthase Gene into Petunia Results in Reversible Co-Suppression of Homologous Genes in trans // Plant Cell. 1990. V. 2. N. 4. P. 279-289.

81. Nogueira F.T., Madi S., Chitwood D.H., Juarez M.T., and Timmermans M.C. Two small regulatory RNAs establish opposing fates of a developmental axis // Genes Development. 2007. V. 21 P. 750-755.

82. Nozawa M., Miura S., and Nei M. Origins and evolution of microRNA genes in plant species // Genome biology and evolution. 2012. V. 4. P. 230-239.

83. Ozerova L.V., and Timonin A.C. On the evidence of subunifacial and unifacial leaves: developmental studies in leaf-succulent Senecio L. species (Asteraceae) // Wulfenia. 2009. V. 16. P 61-77.

84. Peragine A., Yoshikawa M., Wu G., Albrecht H.L., and Poethig R.S. SGS3 and SGS2/SDE1/RDR6 are required for juvenile development and the production of trans-acting siRNAs in Arabidopsis // Genes and Development. 2004. V. 18. P. 2368-2379

85. Piazza P., Jasinski S., Tsiantis M. Evolution of leaf developmental mechanisms

// New Phytologist. 2005. V. 167. N. 3. P. 693-710.

86. Poethig R.S. Small RNAs and developmental timing in plants // Current Opinion in Genetics and Development. 2009. V. 19. N. 4. P. 374-378.

87. Quinn L., Teare J. M., Granok H., Swede M. J., Xu J., Elgin S.C.R. The capacity to form HDDNA cannot substitute for GAGA factor binding to a (CT)n-(GA)n regulatory site // Nucleic Acids Research. 2003. V. 31. N. 10. P. 2483-2494.

88. Rajeswaran R. and Pooggin M.M. RDR6-mediated synthesis of complementary RNA is terminated by miRNA stably bound to template RNA Nucleic Acids Research. 2012. V. 40. N. 2. P. 594-599.

89. Reinhart B.J., Weinstein E.G., Rhoades M.W. et al. MicroRNAs in plants // Genes and Development. 2002. V. 16. N. 13. P. 1616-1626.

90. Rensing S.A., Lang D., Zimmer A.D. et al. The Physcomitrella genome reveals evolutionary insights into the conquest of land by plants // Science. 2008. V. 319. P. 64-69.

91. Rogers K., and Chen X. Biogenesis, turnover, and mode of action of plant microRNAs // Plant Cell. 2013. V. 25. P. 2383-2399.

92. Saleh O., Issman N., Seumel G.I., Stav R., Samach A., Reski R., Frank W., Arazi T. MicroRNA534a control of BLADE-ON-PETIOLE 1 and 2 mediates juvenile-to-adult gametophyte transition in Physcomitrella patens // The Plant Journal. 2011. V. 65. P. 661-674.

93. Sambrook J., Fitch E.F., Maniatis S.T. Molecular cloning. A laboratory manual. New York. Cold Spring Harbor laboratory Press. 1984. 480 p.

94. Schaefer D.G. Gene targeting in Physcomitrella patens // Current Opinion in Plant Biology. 2001. V. 4. P. 143-150.

95. Sen L., Fares M., Su Y.-J., and Wang T. Molecular evolution of psbA gene in ferns: unraveling selective pressure and co-evolutionary pattern // BMC Evolutionary Biology. 2012. V. 12. 145. doi:10.1186/1471-2148-12-145.

96. Shaw A.J., Szovenyi P., and Shaw B. Bryophyte diversity and evolution: windows into the early evolution of land plants // American Journal of Botany.

2011. V. 98. N. 3. P. 352-369.

97. Shen D., Wang S., Chen H., Zhu Q.-H., Helliwell C., Fan L. Molecular phylogeny of miR390-guided trans-acting siRNa genes (TAS3) in the grass family // Plant Systematics and Evolution. 2009. V. 283. P. 125-132.

98. Skopelitis D.S., Husbands A.Y., and Timmermans M.C. Plant small RNAs as morphogens // Current Opinion in Cell Biology. 2012. V. 24. N. 2. P. 217-224.

99. Sun G. MicroRNAs and their diverse functions in plants // Plant Molecular Biology. 2012. V. 80. P. 17-36.

100. Takeda A., Iwasaki S., Watanabe T. et al. The mechanism selecting the guide strand from small RNA duplexes is different among argonaute proteins // Plant Cell Physiology. 2008. V. 49. N. 4. P. 493-500.

101.Talmor-Neiman M., Stav R., Frank W., Voss B., Arazi T. Novel micro-RNAs and intermediates of micro-RNA biogenesis from moss // The Plant Journal. 2006a. V. 47. N. 1. P. 25-37.

102. Talmor-Neiman M., Stav R., Klipcan L., Buxdorf K., Baulcombe D.C., and Arazi T. Identification of trans-acting siRNAs in moss and an RNA-dependent RNA polymerase required for their biogenesis // The Plant Journal. 2006b. V. 48. N. 4. P. 511-521.

103.Tarver J.E., Donoghue P.C., and Peterson K.J. Do miRNAs have a deep evolutionary history? // Bioessays. 2012. V. 34. P. 857-866.

104. Tretter E., Alvarez J., Eshed Y., Bowman J. Activity range of Arabidopsis small RNAs derived from different biogenesis pathways // Plant physiology. 2008. V. 147. P.58-62.

105. Vaucheret H. Post-transcriptional small RNA pathways in plants: mechanisms and regulations // Genes and Development. 2006. V. 20. N. 7. P. 759-771.

106. Vaucheret H. Plant ARGONAUTES // Trends in Plant Science. 2008. V. 13. N. 7 P. 350-358.

107. Vazquez F., Vaucheret H., Rajagopalan R., Lepers C., Gasciolli V., Mallory A.C., Hilbert J.L., Bartel D.P. and Crete P. Endogenous trans-acting siRNAs

regulate the accumulation of Arabidopsis mRNAs // Molecular Cell. 2004. V. 16. P. 69-79.

108. Vazquez F. Arabidopsis endogenous small RNAs: highways and byways // Trends in Plant Science. 2006. V. 11. N. 9. P. 460-468.

109. Vazquez F., Legrand S., and Windels D. The biosynthetic pathways and biological scopes of plant small RNAs // Trends in Plant Science/ 2010. V. 15. N. 6. P. 337-345.

110.Voinnet O. Induction and suppression of RNA silencing: insights from viral infections // Nature Reviews Genetics. 2005. V. 6. Issue. 3. P. 206-220.

111. Wang Y., Juranek S., Li H. et al. Structure of an argonaute silencing complex with a seed-containing guide DNA and target RNA duplex // Nature. 2008. V. 18. N. 456(7224). P. 921-926

112. Wierzbicki A.T., Cocklin R., Mayampurath A., Lister R., Rowley M.J. et al. Spatial and functional relationships among Pol V-associated loci, Pol IV-dependent siRNAs, and cytosine methylation in the Arabidopsis epigenome // Genes and Development. 2012. V. 26. P. 1825-1836.

113. Wu X., Liu M., Downie B., Liang C., Ji G., Li Q.Q., Hunt A.G. Genome-wide landscape of polyadenylation in Arabidopsis provides evidence for extensive alternative polyadenylation // PNAS. 2011. V. 108. N. 30. P. 12533-12538.

114. Xia R., Zhu H., An Y.Q., Beers E.P., Liu Z. Apple miRNAs and tasiRNAs with novel regulatory networks // Genome Biology. 2012. V. 13 N. 6. R47.

115. Xia R, Meyers BC, Liu Z, Beers EP, Ye S, Liu Z. Micro RNA superfamilies descended from miR390 and their roles in secondary small interfering RNA Biogenesis in Eudicots // Plant Cell. 2013. V. 25(5). P. 1555-1572.

116. Xie Z., Allen E., Wilken A., Carrington J.C. DICER-LIKE 4 functions in transacting small interfering RNA biogenesis and vegetative phase change in Arabidopsis thaliana // Proceedings of the National Academy of Sciences, USA. 2005. V. 102. P. 12984-12989.

117. Xu C., Lu Y., Pan Z., Chu W., Luo X., Lin H., Xiao J., Shan H., Wang Z., and Yang B. The muscle-specific microRNAs miR-1 and miR-133 produce opposing

effects on apoptosis by targeting HSP60, HSP70 and caspase-9 in cardiomyocytes // Journal of Cell Science. 2007. V. 120. P. 3045-3052.

118. Yamaguchi T, Yano S, Tsukaya H. Genetic framework for flattened leaf blade formation in unifacial leaves of Juncus prismatocarpus // Plant Cell. 2010. V. 22. N. 7. P. 2141-2155.

119. Yifhar Т., Pekker I., Peled D., Friedlander G., Pistunov A., Sabban M., Wachsman G., Alvarez J. P., Amsellem Z., and Eshed Y. Failure of the tomato trans-acting short interfering RNA program to regulate AUXIN RESPONSE FACTOR3 and ARF4 underlies the wiry leaf syndrome // Plant Cell. 2012. V. 24. P. 3575-3589.

120. Yoshikawa M., Peragine A., Park M.Y. and Poethig R.S. A pathway for the biogenesis of trans-acting siRNAs in Arabidopsis // Genes and Development. 2005. V. 19. N. 18. P. 2164-2175.

121. Zhu H., Xia R., Zhao В., An Y., Dardick C. D., Callahan A.M. and Liu Z. Unique expression, processing regulation, and regulatory network of peach (Prunus persica) miRNAs // BMC Plant Biology. 2012. V. 12:149.

122. Дорохов Ю.Л. Умолкание генов у растений // Молекулярная биология. 2007. Т. 41. №4. С. 579-592.

123. Макарова Ю.А., Крамеров Д.А. Некодирующие РНК // Биохимия. 2007. №72. С. 1427-1448.

124. Омельянчук Н.А., Кузнецова Т.Н., Катохин А.В. МикроРНК растений // Вестник ВОГиС. 2005. Т. 9. № 3. С. 440-448.

БЛАГОДАРНОСТИ

Данная работа стала возможна благодаря поддержке со стороны научного руководителя - заведующего лабораторией генной инженерии вирусов отдела биохимии вирусов растений НИИ ФХБ имени Белозерского МГУ имени М.В.Ломоносова, доктора биологических наук, профессора Морозова Сергея Юрьевича. Очень признательна Сергею Юрьевичу не только за предложение интересной темы для исследований, но и за постоянное внимание к работе, помощь и взаимопонимание.

Хочу выразить глубокую благодарность с.н.с. лаборатории геносистематики растений Бобровой Вере Константиновне за щедрость, с которой она делилась со мной своим богатым опытом, за обучение большому диапазону современных молекулярно-биологических методов, за творческую обстановку в лаборатории и множество полезных советов. Очень признательна всем сотрудникам отдела эволюционной биохимии НИИ ФХБ имени А.Н.Белозерского за всестороннюю помощь в процессе выполнения работы -Алексею Викторовичу Троицкому, Ирине Алексеевне Милютиной, Владимиру Вениаминовичу Алешину.

Автор благодарит сотрудников Биологического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова Игнатову Е.А. и Федосова В.Э., а также, сотрудника ГБС имени Н.В. Цицина РАН Озерову Л.В. за предоставление растительного и гербарного материала.

Работа была поддержана грантами РФФИ 09-04-01324 и 12-04-00534.