Ryp op Arabidopsis thaliana - nuwe ontdekking kan ons help om gewasse in wisselende klimaat te kweek. Krediet: John Innes Sentrum
Die eerste ryp van die herfs is dalk grimmig vir tuiniers, maar die jongste bewyse toon dat dit 'n diepgaande gebeurtenis in die lewe van plante is.
Die ontdekking kan beïnvloed hoe ons gewasse in 'n wisselende klimaat verbou en ons help om molekulêre meganismes in diere en mense beter te verstaan.
Baie van ons begrip van hoe plante temperatuur op 'n molekulêre vlak registreer, is verkry uit die studie van vernalisasie - die blootstelling aan 'n lang tydperk van koue as 'n voorbereiding vir blom in die lente.
Eksperimente met die modelplant Arabidopsis het getoon hoe hierdie langdurige tydperk van koue die rem lig op blom, 'n geen genaamd FLC. Hierdie biochemiese rem behels ook 'n ander molekule COOLAIR wat antisense is vir FLC. Dit beteken dit lê op die ander string van DNA aan FLC en dit kan aan FLC bind en sy aktiwiteit beïnvloed.
Maar minder is bekend oor hoe natuurlike temperatuurveranderinge hierdie proses beïnvloed. Hoe vergemaklik COOLAIR die sluiting van FLC in die natuur?
Om uit te vind, het navorsers van die John Innes-sentrum natuurlike soorte Arabidopsis gebruik wat in verskillende klimate gekweek is.
Hulle het gemeet hoeveel COOLAIR aangeskakel word in drie verskillende veldterreine met wisselende wintertoestande, een in Norwich, VK, een in Suid-Swede, en een in subarktiese noordelike Swede.
COOLAIR-vlakke het gewissel tussen verskillende toetredings en verskillende liggings. Navorsers het egter iets opgemerk wat al die plante gemeen het - die eerste keer dat die temperatuur onder vriespunt gedaal het, was daar 'n hoogtepunt in COOLAIR.
Om hierdie hupstoot van COOLAIR na bevriesing te bevestig, het hulle eksperimente in temperatuurbeheerde kamers gedoen wat die temperatuurveranderinge wat in natuurlike toestande gesien word, gesimuleer het.
Hulle het gevind dat COOLAIR-uitdrukkingsvlakke binne 'n uur van vriespunt gestyg het en ongeveer agt uur daarna 'n hoogtepunt bereik het. Daar was ook 'n klein afname in FLC-vlakke onmiddellik na bevriesing, wat die verhouding tussen die twee sleutelmolekulêre komponente weerspieël.
Vervolgens het hulle 'n mutant Arabidopsis gevind wat heeltyd hoër vlakke van COOLAIR produseer, selfs wanneer dit nie koud is nie, en lae vlakke van FLC. Toe hulle die geen redigeer om COOLAIR af te skakel, het hulle gevind dat FLC nie meer onderdruk is nie, wat verdere bewyse van hierdie elegante molekulêre meganisme verskaf.
Dr Yusheng Zhao, mede-eerste skrywer van die studie het gesê: “Ons studie toon 'n nuwe aspek van temperatuurwaarneming in plante in natuurlike veldtoestande. Die eerste seisoenale ryp dien as 'n belangrike aanwyser in die herfs vir winterkoms. Die aanvanklike vriesafhanklike induksie van COOLAIR blyk 'n evolusionêr bewaarde kenmerk in Arabidopsis te wees en help om te verduidelik hoe plante omgewingseine waarneem om die hoofblomonderdrukker FLC te begin stilmaak om blom met lente in lyn te bring.
Die studie bied insig in die plastisiteit in die molekulêre proses van hoe plante temperature waarneem wat plante kan help om by verskillende klimate aan te pas.
Professor Dame Caroline Dean, ooreenstemmende skrywer van die studie het verduidelik: “Vanuit die plant se oogpunt gee dit jou 'n instelbare manier om FLC af te skakel. Enige modulasie van antisense sal sin afskakel en vanuit 'n evolusionêre perspektief, afhangende van hoe doeltreffend of hoe vinnig dit gebeur, en hoeveel selle dit gebeur, het jy dan 'n manier om die rem tussen selle op en af te skakel.”
Die bevindinge sal nuttig wees om te verstaan hoe plante en ander organismes wisselende omgewingseine waarneem en kan vertaal word na die verbetering van gewasse in 'n tyd van klimaatsverandering.
Die ontdekking sal waarskynlik ook wyd relevant wees vir omgewingsregulering van geenuitdrukking in baie organismes omdat daar getoon is dat antisense transkripsie transkripsie in gis en menslike selle verander.
Verwysing: "Natuurlike temperatuurskommelings bevorder COOLAIR-regulering van FLC" deur Yusheng Zhao1, Pan Zhu1, Jo Hepworth, Rebecca Bloomer, Rea Laila Antoniou-Kourounioti, Jade Doughty, Amelie Heckmann, Congyao Xu, Hongchun Yang en Caroline Dean, 13 Mei 2021 Gene & Ontwikkeling.
DOI: 10.1101/gad.348362.121
