كيف النباتات على التعامل مع الإجهاد: النباتات تستجيب للمخاطر البيئية من خلال "وضع علامات" جزيئات الحمض النووي الريبي التي يحتاجونها لتحمل ظروف الجفاف, وفقا لدراسة جديدة

المستقبل يبدو تحديا للنباتات. ومن المتوقع تغير المناخ لجلب الجفاف على نطاق واسع لأجزاء من كوكب تكافح بالفعل مع الظروف الجافة. للتخفيف من آثار مدمرة للزراعة, والباحثين تسعى استراتيجيات لمساعدة النباتات على الصمود أمام الأخطار البيئية القاسية بما في ذلك الجفاف والإجهاد الملحي, مشكلة تتفاقم عندما تروى الماء يمر من خلال التربة, إيداع الأملاح التي يمكن استيعابها من قبل جذور النباتات, خفض الإنتاجية بشكل عام.

واحد تك هو أن ننظر إلى الطرق التي النباتات تطورت بشكل طبيعي للتعامل مع الضغوط مثل الكثير من الملح. في دراسة جديدة في تقارير خلية, الباحثون بقيادة جامعة ولاية بنسلفانيا أحيائي براين D. غريغوري وطالب الدراسات العليا ستيفن ج. حددت أندرسون آلية التي يمكن أن يتم التلاعب بها لتطوير المزيد من المحاصيل التي تتحمل الملوحة.

ويظهر عملها أن علامة صغيرة على RNA الجزيئات النصوص التي يتم ترجمتها إلى إنتاج البروتينات يعمل على استقرار وحماية هذه الخيوط من المادة الوراثية. عندما تتعرض النباتات لظروف عالية من الملح, الحمض النووي الريبي علامة N⁶-methyladenosine, أو م⁶ا, يمنع انهيار النصوص ترميز البروتينات التي تساعد النباتات على التعامل بشكل أكثر فعالية مع الظروف الصعبة.

"هذه هي الطريقة التي نحن في طريقنا لمساعدة المزارعين,"يقول غريغوري, أستاذ البيولوجيا المشارك في كلية الآداب والعلوم, ومؤلف كبير على ورقة. "نحن بحاجة إلى تحديد السبل التي يمكننا أن نجعل المزيد من محطات مقاومة للملح ومقاومة للجفاف, والتلاعب هذا المسار قد يكون طريقة واحدة للقيام بذلك ".

لكائن حي لإنتاج أي بروتين, يجب أن تملك أولا حبلا المقابلة من الرنا المرسال (مرنا). ولكن لم يتم تشغيل كل من mRNAs إلى بروتينات بعض تدهورت قبل أن تصل إلى تلك المرحلة. فى السنوات الاخيرة, كل من علماء الأحياء في الثدييات والنباتات تم الالتفات الى م⁶علامة كلاعب في العملية التي تستهدف من mRNAs إما إبقاء حول أو تدمر.

"كان هناك انفجار من الاهتمام في هذه العلامة,"يقول غريغوري. "لقد تم اكتشاف أن يكون التعديل الداخلي الأكثر وفرة في مرنا".

في الثدييات, الجزء الأكبر من النقاط البحوث إلى مرنا علامة التوسيم للتدمير. و, في حين أن بعض الدراسات أشارت فقد يعمل بنفس الطريقة في النباتات, غريغوري, أراد أندرسون وزملاؤه للحصول على عرض أكثر العالمي.

تحليل الأوراق من النضج نبات الأرابيدوبسيس, الباحثون التعرف على الصعيد العالمي م⁶(أ) في النباتات العادية وكذلك في تلك التي الانزيم الذي يضيف م⁶وكان تم القضاء, وبالتالي المستنفدة تجريبيا لهم للعلامة.

ووجد الباحثون أن النصوص التي كانت وفيرة عندما تميزت م⁶(أ) في النباتات العادية كانت أقل بكثير في م⁶A-المنضب النباتات متحولة, إشارة إلى أن علامة كان يتصرف بصفة وقائية لتحقيق الاستقرار في النصوص.

مقارنة عن كثب وضعها الطبيعي والنباتات متحولة, وجد الفريق أن م⁶ا, عندما تكون موجودة, محمية النصوص عن طريق منع انزيم من تحقيرهم. عندما يكون هذا علامة كان في عداد المفقودين, تم المشقوق النصوص وتدهورت في وقت لاحق.

"لقد كان نوعا من الصدفة,"يقول أندرسون, "ولكن اتضح أن هذا كان يحدث زعزعة الاستقرار بجوار حيث كان ينبغي أن يكون هذه العلامات ولكن لم تكن في صالح المجموعة التجريبية من النباتات."

وكانت الخطوة التالية أن نسأل لماذا النباتات قد تطورت هذه الآلية في المقام الأول. وكان الباحثون التلميحات التي م⁶قد يكون متورطا ووضع العلامات في الاستجابة للضغط النفسي, انطلاقا من الجينات تتأثر بين النباتات العادية ومتحولة. لكن, لوضعها على المحك, أنها نمت النباتات في التربة عالية من الملح والمتكرر تجاربهم.

علاج الملح, اكتشفوا, النباتات التي لحقت يضعوا أكثر م⁶A علامات على النصوص مرنا المرتبطة الاستجابة للإجهاد الملح, وكذلك إجهاد الجفاف. بعبارات أخرى, النباتات وgirding أنفسهم للتعامل مع التحديات البيئية.

"وهذا يعطي النباتات آلية ديناميكية وقوية حقا لتنظيم الاستجابة للضغط النفسي,"يقول غريغوري. "يمكنك نقل هذا علامة على النصوص التي تريد الاحتفاظ بها حولها."

وقال "هناك أيضا أدلة,"يقول أندرسون, "أن النباتات قد تكون قادرة على إزالة بنشاط علامة من النصوص التي لا تحتاج. مازلنا نحقق هذه الآلية ".

"هذا العمل,"تقول كارين المخروط في المؤسسة الوطنية للعلوم, التي مولت البحث, "توفر فهم جديد ومثير لكيفية المعلومات الجينومية يتفاعل مع إشارات من البيئة إلى تحقيق نتائج مفيدة للكائن. وعد النتائج إلى فتح الباب أمام الاكتشافات المستقبلية لكيفية استخدام الكائنات الآليات القائمة RNA للحفاظ على متانة والقدرة على التكيف التي يحتاجون إليها من أجل البقاء في مواجهة البيئات المتغيرة, وهو الاكتشاف الذي له صلة مباشرة إلى واحدة من لNSF 10 أفكار كبيرة, فهم قوانين الحياة: توقع النمط الظاهري."

في التجارب المتابعة إضافية, ومختبر فحص غريغوري مشاركة هذه العلامة في المواقف العصيبة الأخرى للنباتات, مثل عندما تكون عرضة للتلف من الكائنات الحية مثل البكتيريا أو الفطريات. غريغوري وزملاؤه أيضا خطة لمتابعة التجارب في الأنواع النباتية الهامة للزراعة, مثل فول الصويا.

مزيد من الدراسة قد تساعد أيضا لهم الصفر في الآلية التي النباتات نعلق هذه العلامة إلى النصوص, يساعد في وضع استراتيجيات للنباتات الهندسية التي قد الصمود في وجه الظروف الصعبة التي يطرحها الجفاف.