Как растения справляются со стрессом: Растения реагируют на опасности окружающей среды, «помечая» молекулы РНК, необходимые им, чтобы выдерживать засушливые условия., согласно новому исследованию

Будущее выглядит сложным для растений. Прогнозируется, что изменение климата приведет к широкомасштабной засухе в тех частях планеты, которые уже борются с засушливыми условиями.. Чтобы смягчить потенциально разрушительные последствия для сельского хозяйства, исследователи ищут стратегии, которые помогут растениям противостоять экстремальным экологическим опасностям, включая засуху и солевой стресс., проблема усугубляется, когда оросительная вода проходит через почву, отложение солей, которые могут быть поглощены корнями растений, снижение их общей производительности.

Один из способов — посмотреть, как растения естественным образом эволюционировали, чтобы справляться со стрессами, такими как избыток соли.. В новом исследовании в Отчеты о ячейках, исследователи под руководством Пенсильванский университет биолог Брайан Д. Грегори и аспирант Стивен Дж.. Андерсон определил механизм, которым потенциально можно манипулировать для получения более солеустойчивых культур..

Их работа показывает, что крошечная метка на молекулах РНК — транскриптах, которые транслируются для производства белков — служит для стабилизации и защиты этих нитей генетического материала.. Когда растения подвергаются воздействию условий с высоким содержанием солей, метка РНК N⁶-метиладенозин, или м⁶А, предотвращает разрушение транскриптов, кодирующих белки, которые помогают растениям более эффективно справляться со сложными условиями.

«Вот как мы собираемся помочь фермерам,— говорит Григорий., адъюнкт-профессор биологии в Школа искусств и наук, и старший автор статьи. «Нам нужно определить способы, с помощью которых мы можем сделать растения более солеустойчивыми и засухоустойчивыми., и манипулирование этим путем может быть одним из способов сделать это».

Для организма производить любой белок, он должен сначала обладать соответствующей цепью матричной РНК (мРНК). Но не все мРНК превращаются в белки — некоторые деградируют до того, как достигают этой стадии.. В былые времена, как биологи млекопитающих, так и биологи растений обращали внимание на m⁶Метка как игрок в процессе, с помощью которого мРНК нацелены либо на сохранение, либо на уничтожение..

«Произошёл взрыв интереса к этой марке,— говорит Григорий.. «Было обнаружено, что это самая распространенная внутренняя модификация мРНК».

У млекопитающих, большая часть исследований указывает на маркировку мРНК для уничтожения. А также, в то время как некоторые исследования показали, что он может функционировать таким же образом у растений., Грегори, Андерсон и его коллеги хотели получить более глобальное представление.

Анализ листьев от зрелых Арабидопсис, исследователи глобально идентифицировали m⁶A в нормальных растениях, а также в тех, у которых фермент, добавляющий m⁶А был ликвидирован, тем самым экспериментально истощая их отметку.

Они обнаружили, что транскрипты, которые были в изобилии, когда были помечены m⁶А у нормальных растений были намного ниже у m⁶А-истощенные мутантные растения, признак того, что метка действовала в качестве защитной, чтобы стабилизировать стенограммы.

Тщательное сравнение нормальных и мутантных растений, команда обнаружила, что м⁶А, когда присутствует, защищали транскрипты, предотвращая их разрушение ферментом. Когда этого знака не было, стенограммы были расщеплены и впоследствии деградированы.

«Это было как-то неожиданно,— говорит Андерсон., «Но оказалось, что эта дестабилизация происходила прямо рядом с тем местом, где должны были быть эти метки, но их не было в опытной группе растений».

Следующим шагом было выяснить, почему у растений вообще мог развиться этот механизм.. У исследователей были намеки на то, что m⁶Маркировка может быть вовлечена в реакцию на стресс, судя по пораженным генам между нормальными и мутантными растениями. Но, проверить это, они выращивали растения в сильно засоленной почве и повторяли свои эксперименты.

Лечение солью, они обнаружили, заставлял растения прикреплять больше m⁶Метки на транскриптах мРНК, связанные с реакцией на солевой стресс, а также стресс от засухи. Другими словами, заводы готовились к решению экологических проблем.

«Это дает растениям динамичный и действительно мощный механизм для регулирования реакции на стресс.,— говорит Григорий.. «Вы можете переместить эту отметку на стенограммы, которые хотите сохранить».

«Есть также свидетельства,— говорит Андерсон., «что растения могут активно удалять метки с транскриптов, которые им не нужны».. Мы все еще изучаем этот механизм».

"Эта работа,— говорит Карен Коун на Национальный научный фонд, который финансировал исследование, «обеспечивает захватывающее новое понимание того, как геномная информация взаимодействует с сигналами из окружающей среды для получения полезных результатов для организма».. Результаты обещают открыть дверь для будущих открытий того, как организмы используют механизмы на основе РНК для поддержания устойчивости и адаптивности, необходимых им для выживания в условиях меняющихся условий., открытие, которое имеет прямое отношение к одному из NSF 10 Большие идеи, Понимание правил жизни: Прогнозирование фенотипа.»

В дополнительных последующих экспериментах, Лаборатория Грегори изучит участие этой метки в других стрессовых ситуациях для растений., например, когда они подвержены повреждению организмами, такими как бактерии или грибки. Грегори и его коллеги также планируют проводить эксперименты с видами растений, важными для сельского хозяйства., такие как соевые бобы.

Дальнейшее исследование может также помочь им сосредоточиться на механизме, с помощью которого растения прикрепляют эту метку к транскриптам., помощь в разработке стратегий для инженерных растений, которые могут лучше противостоять сложным условиям, создаваемым засухой.