Starptautiska pētnieku komanda ir identificējusi molekulārais slēdzis, kas kontrolē, kā augi veido savus asinsvadu audusTas ir, audi, kas ir atbildīgi par pārvietot ūdeni un sniegt strukturālu atbalstu. Šis sasniegums palīdz labāk izprast, kā augi pieņem lēmumus šūnu līmenī un kādus mehānismus tie izmanto, lai vadītu savu iekšējo audu attīstību.
Darbs, publicēts žurnālā Zinātne, ir piedalījusies ievērojama daļa no Augu molekulārās un šūnu bioloģijas institūts (IBMCP), CSIC un Valensijas Politehniskās universitātes kopīgs centrs. Pēc autoru domām, tas ir fundamentāls pētījums, taču ar milzīgu potenciālu pielietojums lauksaimniecībā un augu biotehnoloģijā Eiropā un valstīs ar lauksaimniecības sistēmām, kas ir līdzīgas Spānijas sistēmām.
Jauns mehānisms, kas regulē asinsvadu audus
Pētījumā pirmo reizi aprakstīts, kā maza molekula, termospermīns, uzvedas kā īsts bioloģiskais slēdzis spēj kontrolēt olbaltumvielu ražošanu, kas ir būtiskas ksilēmas, audu, kas transportē ūdeni un veicina augu mehānisko atbalstu, attīstībai. Šī ksilēma ir daļa no tā sauktajiem asinsvadu audiem, kas ir svarīgi augu augšanai un izdzīvošanai.
Par to liecina rezultāti Termospermīns nedarbojas izolētiDrīzāk tā regulējošā spēja ir atkarīga no ļoti specifiska nosacījuma: ribosomām, šūnu struktūrām, kas ražo olbaltumvielas, to RNS ir jābūt specifiskai ķīmiskai modifikācijai. Bez šīs iepriekšējas izmaiņas šis molekulārais slēdzis vienkārši nedarbojas kā tāds.
Ribosomu modifikāciju katalizē enzīms, kas pazīstams kā OVACkas atbild par precīzu ķīmisku izmaiņu ieviešanu ribosomu RNS. Tieši šī OVAC iejaukšanās ļauj termospermīnam regulēt ksilēmas veidošanā iesaistīto olbaltumvielu ražošanu, tādējādi savienojot ribosomas smalkā ķīmija ar vadošo trauku dizainu uz grīdas.
Pēc komandas teiktā, atklātais mehānisms sniedz pilnīgi jaunu perspektīvu par to, kā augu attīstība tiek organizēta molekulārā līmenī, jo tas saista mazo molekulu aktivitāti, translācijas mehānisma modifikācijas un lēmumi par asinsvadu šūnu likteni.
Termospermīns, no ribosomām atkarīgais "slēdzis"
Viens no galvenajiem IBMCP ieguldījumiem šajā pētījumā ir eksperimentāli pierādīt, ka Termospermīna aktivitāti nosaka ribosomas ķīmiskais stāvoklis.Citiem vārdiem sakot, molekulārais slēdzis tiek ieslēgts tikai tad, kad olbaltumvielu sintēzes mehānismu iepriekš ir modificējis OVAC enzīms.
Lai to pārbaudītu, pētnieki izmantoja tulkošanas efektivitātes analīzes sistēmu Arabidopsis protoplasti, augu bioloģijā plaši izmantots paraugaugs. Pateicoties šai pieejai, viņi spēja precīzi izmērīt, kā mainās olbaltumvielu ražošana atkarībā no izmaiņām termospermīna klātbūtnē un ribosomu modifikācijās.
Eksperimenti atklāja, ka Termospermīns var regulēt tikai divu galveno faktoru veidošanos asinsvadu attīstībāSACL un LHW proteīni tiek ražoti, kad ribosomas ir metilētas ar OVAC. Bez šīs iepriekšējas metilēšanas molekula pārstāj darboties kā efektīvs slēdzis un nespēj modulēt šo regulējošo faktoru sintēzi.
Šis atklājums ir īpaši nozīmīgs, jo tas ribosomu modifikāciju novieto šūnu lēmumu pieņemšanas centrā: līdzsvars starp SACL un LHW, ko kontrolē termospermīns, nosaka, vai šūnas diferencējas par ūdeni vadoši trauki o lv uzglabāšanai paredzētas šūnasCitiem vārdiem sakot, molekulārais slēdzis palīdz izvēlēties, vai šūnu grupa kļūs par daļu no auga "caurules" vai tā iekšējām rezervēm.
Ribosoma kā sensors, ne tikai kā olbaltumvielu fabrika
Papildus termospermīna specifiskajai lomai pētījums ievieš perspektīvas maiņu attiecībā uz pašām ribosomām. Tradicionāli tās gandrīz vienīgi tika uzskatītas par mašīnas, kas paredzētas olbaltumvielu ražošanaiTaču starptautiskā konsorcija dati norāda uz daudz sarežģītāku funkciju.
Autori ierosina, ka ribosomas var darboties kā bioloģiskie sensori, kas spēj integrēt vielmaiņas signālus un pielāgot noteiktu gēnu translāciju, pamatojoties uz to ķīmisko sastāvu. OVAC izraisītā modifikācija būtu piemērs tam, kā nelielas strukturālas izmaiņas ļauj ribosomai reaģēt uz tādu molekulu kā termospermīna klātbūtni.
Šī pieeja paver durvis uz to, kā varētu rasties dažādi ribosomu modifikāciju veidi funkcionālā specializācija augu šūnāsAsinsvadu audu gadījumā šīs variācijas ietekmē lēmumu pārveidot šūnu par vadošu trauku vai uzglabāšanas šūnu, taču ir iespējams, ka citi attīstības procesi tiek regulēti līdzīgi.
Tādā veidā ribosoma vairs netiek uzskatīta tikai par pasīvu struktūru un tiek interpretēta kā aktīvs elements attīstības regulēšanā, kas spēj smalki modulēt galveno gēnu ekspresiju Reaģējot uz iekšējiem augu signāliem.
Ietekme uz lauksaimniecību un biotehnoloģiju Eiropā
Lai gan pētījums ietilpst fundamentālās bioloģijas jomā, zinātnieki norāda, ka izpratne par to, kā tiek kontrolēta ksilēmas veidošanās, varētu būt devusi rezultātus. ilgtermiņa sekas lauksaimniecībai un augu biotehnoloģijai, īpaši tādos reģionos kā Spānija un pārējā Eiropa, kur ūdens apsaimniekošana un produktivitāte ir pastāvīgi izaicinājumi.
Saskaņā ar IBMCP pētnieka Migela Anhela Blaskesa teikto, šī molekulārā slēdža modulēšanas iespēja nākotnē varētu palīdzēt pielāgot sakņu attīstību un uzglabāšanas orgānu darbību, lai optimizētu ūdens transportēšanas efektivitāti un uzlabotu biomasas un koksnes ražošanu. Meža kultūrās vai sugās, kas paredzētas bioenerģijas ražošanai, šī ksilēmas smalkā regulēšana varētu nozīmēt lielāku augu resursu izmantošanu.
Vidusjūras reģiona lauksaimniecības kontekstā, kur sausums ir atkārtota problēma, šo mehānismu izpratne paver ceļu uz izstrādāt stratēģijas augu iegūšanai ar efektīvākām asinsvadu sistēmāmLai gan šie pielietojumi vēl ir tāli, iegūtās zināšanas liek pamatu turpmākām ģenētisko vai biotehnoloģisko uzlabojumu līnijām, kas pielāgotas Eiropas klimatiskajiem apstākļiem.
Augu biotehnoloģija varētu izmantot šāda veida molekulāros slēdžus, lai izstrādātu kultūras, kas labāk pārvalda ūdeni. attīstīt dziļākas saknes vai kas uzkrāj vairāk biomasas noteiktās auga daļās, vienmēr pamatojoties uz precīza asinsvadu audu regulēšana un ksilēmas aktivitātes.
Starptautiska sadarbība ar Valensijas zīmogu
Pētījumu veica starptautisks konsorcijs, ko vada Kembridžas Universitāte un Helsinku Universitātear pētniecības centru piedalīšanos no Eiropas, Āzijas un Amerikas Savienotajām Valstīm. Šajā plašajā grupā IBMCP-CSIC-UPV, kas atrodas Valensijā, loma ir bijusi galvenā molekulārā slēdža darbības atklāsmē.
IBMCP komanda ir bijusi atbildīga par Eksperimentāli apstiprināt termospermīna atkarību no ribosomu modifikācijas, izmantojot analīzes sistēmas Arabidopsis protoplastos. Šīs analīzes ir ļāvušas detalizēti pārbaudīt saistību starp OVAC aktivitāti, ribosomu metilēšanu un SACL un LHW faktoru regulāciju.
Eiropas iestāžu līdzdalība šajā darbā nostiprina Spānijā un pārējā kontinentā attīstītās augu bioloģijas pozīcijas, parādot, ka Reģiona laboratorijas sniedz izšķirošu ieguldījumu. uz sasniegumiem, kas no jauna definē augu molekulārās bioloģijas pamatjēdzienus.
Kopumā šī atklājuma molekulārais slēdzis, kas kontrolē, kā augi veido savus asinsvadu audus Tas ne tikai paplašina zināšanas par asinsvadu attīstību, bet arī atklāj jaunus jautājumus par ribosomu lomu kā sensoru, par vielmaiņas signālu integrāciju un par to, kā šos procesus vidējā un ilgtermiņā varētu izmantot, lai kultivētu augus, kas ir labāk pielāgoti un efektīvāk izmanto resursus.
