Dynamics and variability of induced transgene silencing in tobacco cell line BY-2

Abstract

RNA interference (RNAi) je důležitým mechanismem regulace genové exprese u rostlin. RNAi u rostlin je spouštěna přítomností dvouvláknové RNA (dsRNA), která je následně zpracována na malé RNA (sRNA) o délce 21-24 nt. Malé RNA po navázání na protein Argonaut (AGO) jsou schopné rozeznat cílovou molekulu na základě sekvenční komplementarity. Pokud je cílem mRNA, může ji AGO rozštěpit, nebo může blokovat translaci, což vede k posttranskripčnímu umlčení (PTGS). Pokud je cílem DNA, tak může navodit její metylaci, což vede k transkripčnímu umlčení (TGS), pokud dojde k metylaci v promotoru. Jednotlivé komponenty RNAi jsou celkem dobře popsány, ale méně je známo o vlivu odlišných typů dsRNA prekursorů na dynamiku RNAi. Ke studiu těchto aspektů RNAi jsme využili tabákovou buněčnou linii BY-2 s reportérovým genem pro GFP cíleným silencery s inducibilní expresí. Fungování silencerů bylo založeno na třech základních způsobech tvorby dsRNA: transkripcí antisense GFP (AS), GFP bez terminátoru (UT) a GFP v invertované repetici (IR). Tyto tři silencery spouštěly PTGS, čtvrtý silencer byla IR cílící na CaMV 35S promotor a spouštějící TGS. To nám umožnilo studovat RNAi od její iniciace, přes plné umlčení až po obnovení exprese při vysazení induktoru - vše relativně snadno analyzovatelné díky vysoce homogennímu...

RNA interference (RNAi) is an important mechanism regulating gene expression. In plants, RNAi is triggered by double-stranded RNA (dsRNA) which is processed into small RNAs (sRNAs), usually 21-24 nt long. The sRNAs are loaded into Argonaut (AGO) protein and recognize the target based on sequence complementarity. When the target is mRNA, they can slice it or block translation leading to posttranscriptional gene silencing (PTGS). When the target is DNA, they can induce DNA methylation and chromatin changes, which when present in the promoter can lead to transcriptional gene silencing (TGS). The individual components of RNAi are well described, but less is known about the impact of different types of dsRNA precursors on the dynamics of RNAi. To study these aspects of RNAi, we used tobacco BY-2 cell line expressing GFP reporter and inducible silencers. The silencers used different ways of triggering the dsRNA formation by transcripts from antisense (AS), unterminated sense (UT) and inverted repeat (IR) GFP sequence to initiate PTGS. Additionally, one IR silencer based on the CaMV 35S promoter initiated TGS. This allowed us to study RNAi from the beginning throughout the steady state level and till the recovery phase, all in the highly homogeneous system. Using this system, we described several features...