Przyszłość wydaje się być trudna dla roślin. Przewiduje się, że zmiany klimatu przyniosą powszechną suszę w częściach planety, które już zmagają się z suszą. Aby złagodzić potencjalnie niszczycielskie skutki dla rolnictwa, naukowcy poszukują strategii, które pomogą roślinom wytrzymać ekstremalne zagrożenia środowiskowe, w tym suszę i stres solny, problem nasila się, gdy nawadniana woda przechodzi przez glebę, odkładanie soli, które mogą być wchłonięte przez korzenie roślin, obniżenie ich ogólnej produktywności.

Jednym ze sposobów jest przyjrzenie się sposobom, w jakie rośliny naturalnie wyewoluowały, aby radzić sobie ze stresami, takimi jak zbyt duża ilość soli. W nowym studium w Raporty komórkowe, badacze kierowani przez jako konkurencyjny biolog Brian D. Grzegorz i doktorant Stephen J. Anderson zidentyfikował mechanizm, który można potencjalnie zmanipulować, aby stworzyć bardziej odporne na sól rośliny.

Ich praca pokazuje, że niewielki znacznik na cząsteczkach RNA – transkryptach, które ulegają translacji w celu wytworzenia białek – służy do stabilizacji i ochrony tych nici materiału genetycznego. Gdy rośliny są wystawione na działanie wysokich soli, znak RNA N⁶-metyladenozyna, lub m⁶A, zapobiega rozpadowi transkryptów kodujących białka, które pomagają roślinom skuteczniej radzić sobie w trudnych warunkach.

„W ten sposób zamierzamy pomóc rolnikom,”mówi Gregory, profesor biologii w Szkoła Sztuki i Nauki, i starszy autor w gazecie. „Musimy zidentyfikować sposoby, dzięki którym możemy produkować rośliny bardziej odporne na sól i suszę, a manipulowanie tą ścieżką może być jednym ze sposobów na to”.

Aby organizm mógł wyprodukować dowolne białko, musi najpierw posiadać odpowiednią nić informacyjnego RNA (mRNA). Ale nie wszystkie mRNA są przekształcane w białka — niektóre ulegają degradacji, zanim osiągną ten etap. W ostatnich latach, zarówno biolodzy ssaków, jak i biolodzy roślin zwracają uwagę na m⁶Znak jako gracz w procesie, w którym mRNA są kierowane do zatrzymania lub zniszczenia.

„Nastąpiła eksplozja zainteresowania tym znakiem,„Grzegorz mówi. „Stwierdzono, że jest to najliczniejsza wewnętrzna modyfikacja mRNA”.

U ssaków, większość badań wskazuje na znak oznaczający mRNA do zniszczenia. i, podczas gdy niektóre badania sugerują, że może on działać w ten sam sposób u roślin, Grzegorz, Anderson i współpracownicy chcieli uzyskać bardziej globalny obraz.

Analizowanie liści z dojrzałych Arabidopsis, naukowcy globalnie zidentyfikowali m⁶A w normalnych roślinach, jak również w tych, w których enzym dodaje m⁶A został wyeliminowany, w ten sposób eksperymentalnie wyczerpując je z znaku.

Odkryli, że transkrypty, które były obfite, gdy zostały oznaczone przez m⁶A w normalnych roślinach były znacznie niższe w m⁶Zmutowane rośliny z niedoborem A, znak, że znak działał w charakterze ochronnym, stabilizując transkrypcje.

Dokładnie porównując rośliny normalne i zmutowane, zespół stwierdził, że m⁶A, Przydatki głowy obejmują chelicerae, chronił transkrypty, zapobiegając ich degradacji przez enzym. Kiedy tego znaku brakowało, transkrypty zostały rozcięte, a następnie zdegradowane.

„To było trochę nieoczekiwane,”mówi Anderson, „ale okazało się, że ta destabilizacja zachodziła tuż obok miejsca, w którym te ślady powinny być, ale nie znajdowały się w eksperymentalnej grupie roślin”.

Następnym krokiem było pytanie, dlaczego rośliny mogły w ogóle wyewoluować ten mechanizm. Badacze mieli wskazówki, że m⁶Etykietowanie może być zaangażowane w reakcję na stres, sądząc po zaatakowanych genach między roślinami normalnymi i zmutowanymi. Ale, wystawić to na próbę, uprawiali rośliny w zasolonej glebie i powtarzali swoje eksperymenty.

Leczenie solą, oni odkryli, spowodował, że rośliny przymocowały więcej m⁶Znaki na transkryptach mRNA związane z reagowaniem na stres solny, jak również stres związany z suszą. Innymi słowy, rośliny przygotowywały się do radzenia sobie z wyzwaniem środowiskowym.

„Daje to roślinom dynamiczny i naprawdę potężny mechanizm regulujący reakcję na stres,„Grzegorz mówi. „Możesz przenieść ten znak na transkrypcje, które chcesz zachować”.

„Istnieją też dowody,”Anderson mówi, „że rośliny mogą być w stanie aktywnie usunąć znak z transkryptów, których nie potrzebują. Nadal badamy ten mechanizm.

"Ta praca,” mówi Karen Cone w Narodowa Fundacja Naukowa, który sfinansował badania, „zapewnia ekscytujące nowe zrozumienie tego, w jaki sposób informacje genomowe oddziałują z sygnałami ze środowiska, aby uzyskać korzystne wyniki dla organizmu”. Wyniki obiecują otworzyć drzwi do przyszłych odkryć, w jaki sposób organizmy wykorzystują mechanizmy oparte na RNA, aby zachować odporność i zdolności adaptacyjne, których potrzebują, aby przetrwać w obliczu zmieniających się środowisk, odkrycie, które jest bezpośrednio związane z jednym z NSF 10 Wielkie Pomysły, Zrozumienie zasad życia: Przewidywanie fenotypu.”

W dodatkowych eksperymentach kontrolnych, Laboratorium Gregory'ego zbada udział tego znaku w innych stresujących sytuacjach dla roślin, np. gdy są narażone na uszkodzenia przez organizmy takie jak bakterie lub grzyby. Gregory i współpracownicy planują również prowadzić eksperymenty na gatunkach roślin ważnych dla rolnictwa, takich jak soja.

Dalsze badania mogą również pomóc im zorientować się w mechanizmie, za pomocą którego rośliny przyłączają ten znak do transkryptów, pomoc w opracowaniu strategii dla zakładów inżynieryjnych, które mogą lepiej wytrzymać trudne warunki stwarzane przez suszę.