Jinsi mimea inavyokabiliana na mafadhaiko: Mimea hujibu hatari za mazingira kwa "kuweka alama" molekuli za RNA wanazohitaji kuhimili hali kavu, kulingana na utafiti mpya

Siku zijazo inaonekana kuwa ngumu kwa mimea. Mabadiliko ya hali ya hewa yanatabiriwa kuleta ukame ulioenea katika sehemu za sayari ambazo tayari zinakabiliwa na hali kavu.. Ili kupunguza athari zinazoweza kuathiri kilimo, watafiti wanatafuta mikakati ya kusaidia mimea kustahimili hatari kubwa za kimazingira ikiwa ni pamoja na ukame na msongo wa chumvi, tatizo huongezeka wakati maji ya umwagiliaji yanapopita kwenye udongo, kuweka chumvi ambazo zinaweza kufyonzwa na mizizi ya mimea, kupunguza tija yao kwa ujumla.

Mbinu moja ni kuangalia njia ambazo mimea imebadilika kiasili ili kukabiliana na mikazo kama vile chumvi nyingi. Katika utafiti mpya Ripoti za Kiini, watafiti wakiongozwa na Chuo Kikuu cha Pennsylvania mwanabiolojia Brian D. Gregory na mwanafunzi aliyehitimu Stephen J. Anderson wamegundua mbinu ambayo inaweza kubadilishwa ili kukuza mimea inayostahimili chumvi zaidi.

Kazi yao inaonyesha kuwa lebo ndogo kwenye molekuli za RNA - maandishi ambayo yanatafsiriwa kutoa protini - hutumika kuleta utulivu na kulinda nyuzi hizi za nyenzo za urithi.. Wakati mimea inakabiliwa na hali ya juu ya chumvi, alama ya RNA N⁶-methyladenosine, au m⁶A, huzuia uchanganuzi wa nakala za protini za usimbaji ambazo husaidia mimea kukabiliana kwa ufanisi zaidi na hali zenye changamoto..

"Hivi ndivyo tutakavyosaidia wakulima,” anasema Gregory, profesa mshiriki wa biolojia katika Shule ya Sanaa na Sayansi, na mwandishi mkuu kwenye karatasi. "Tunahitaji kutambua njia ambazo tunaweza kutengeneza mimea inayostahimili chumvi zaidi na inayostahimili ukame, na kuendesha njia hii inaweza kuwa njia moja ya kuifanya."

Ili kiumbe kitoe protini yoyote, lazima kwanza iwe na uzi unaolingana wa mjumbe RNA (DNA huathiriwa na uharibifu wa UV). Lakini si mRNA zote zinazogeuzwa kuwa protini—nyingine huharibika kabla ya kufikia hatua hiyo. Miaka ya karibuni, wanabiolojia wa mamalia na mimea wamekuwa wakizingatia m⁶Alama kama mchezaji katika mchakato ambao mRNAs zinalengwa aidha kuweka karibu au kuharibu.

"Kumekuwa na mlipuko wa shauku katika alama hii,” Gregory anasema. "Imepatikana kuwa marekebisho mengi ya ndani katika mRNA."

Katika mamalia, wingi wa utafiti unaelekeza kwenye alama inayoweka mRNA kwa uharibifu. Na, wakati tafiti zingine zimependekeza inaweza kufanya kazi kwa njia sawa katika mimea, Gregory, Anderson na wenzake walitaka kupata mtazamo wa kimataifa zaidi.

Kuchambua majani kutoka kwa kukomaa Arabidopsis, watafiti waligundua kimataifa m⁶A katika mimea ya kawaida na vile vile katika ile ambayo kimeng'enya kinachoongeza m⁶A ilikuwa imeondolewa, hivyo kwa majaribio kuwamaliza alama.

Waligundua kuwa nakala ambazo zilikuwa nyingi zikiwekwa alama na m⁶A katika mimea ya kawaida walikuwa chini sana katika m⁶Mimea ya mutant iliyopungua A, ishara kwamba alama ilikuwa ikifanya kazi katika uwezo wa kinga ili kuleta utulivu wa nakala.

Kwa kulinganisha kwa karibu mimea ya kawaida na ya mutant, timu iligundua kuwa m⁶A, wakati yupo, ililinda nakala kwa kuzuia kimeng'enya dhidi ya kuziharibu. Wakati alama hii ilikosekana, nakala zilikatwa na hatimaye kushushwa hadhi.

"Ilikuwa aina ya unyogovu,” anasema Anderson, "lakini ikawa kwamba uharibifu huu ulikuwa ukitokea karibu na mahali ambapo alama hizi zinapaswa kuwa lakini hazikuwa katika kundi la majaribio la mimea."

Hatua iliyofuata ilikuwa ni kuuliza kwa nini mimea inaweza kuwa imebadilisha utaratibu huu hapo kwanza. Watafiti walikuwa na vidokezo kwamba m⁶Kuweka lebo kunaweza kuhusika katika mwitikio wa mafadhaiko, kuhukumu kutoka kwa jeni zilizoathiriwa kati ya mimea ya kawaida na ya mutant. Lakini, ili kuiweka kwenye mtihani, walikua mimea kwenye udongo wenye chumvi nyingi na kurudia majaribio yao.

Matibabu ya chumvi, waligundua, ilisababisha mimea kubandika zaidi m⁶Alama kwenye nakala za mRNA zinazohusiana na kujibu mkazo wa chumvi, pamoja na dhiki ya ukame. Kwa maneno mengine, mimea ilikuwa ikijifunga ili kukabiliana na changamoto ya mazingira.

"Hii inaipa mimea utaratibu thabiti na wenye nguvu sana wa kudhibiti majibu ya mafadhaiko,” Gregory anasema. "Unaweza kuhamisha alama hii kwenye manukuu unayotaka kubaki."

"Pia kuna ushahidi,” Anderson anasema, "kwamba mimea inaweza kuwa na uwezo wa kuondoa alama kutoka kwa nakala ambazo hazihitaji. Bado tunachunguza utaratibu huo."

“Kazi hii,” anasema Karen Cone katika tamasha la Msingi wa Sayansi ya Kitaifa, ambayo ilifadhili utafiti huo, "hutoa uelewa mpya wa kufurahisha wa jinsi habari ya jeni inavyoingiliana na ishara kutoka kwa mazingira ili kutoa matokeo ya faida kwa kiumbe.. Matokeo yanaahidi kufungua mlango wa uvumbuzi wa siku zijazo wa jinsi viumbe hutumia mifumo ya msingi ya RNA kudumisha uimara na ubadilikaji wanaohitaji kuishi katika uso wa mabadiliko ya mazingira., matokeo ambayo yanahusiana moja kwa moja na mojawapo ya NSF 10 Mawazo Makubwa, Kuelewa Kanuni za Maisha: Utabiri wa Phenotype.”

Katika majaribio ya ziada ya ufuatiliaji, Maabara ya Gregory itachunguza uhusika wa alama hii katika hali zingine zenye mkazo kwa mimea, kama vile zinapokuwa chini ya uharibifu kutoka kwa viumbe kama vile bakteria au fangasi. Gregory na wenzake pia wanapanga kuendeleza majaribio katika aina za mimea muhimu kwa kilimo, kama vile soya.

Utafiti zaidi unaweza pia kuwasaidia sifuri katika utaratibu ambao mimea huambatanisha alama hii kwa nakala, kusaidia katika uundaji wa mikakati ya mitambo ya uhandisi ambayo inaweza kupinga vyema hali ngumu zinazoletwa na ukame.