Nový objev by mohl zlepšit výnosy plodin a bojovat proti celosvětovému hladu. Zjištění by mohla inspirovat úsilí o zlepšení výnosů plodin a boj proti celosvětovému hladu.
Nová práce vedená Kangmei Zhao a Sue Rhee z Carnegie odhaluje nový mechanismus, kterým jsou rostliny schopny rychle aktivovat obranu proti bakteriálním infekcím. Toto porozumění by mohlo inspirovat úsilí o zlepšení výnosů plodin a boj proti celosvětovému hladu.
„Pochopení toho, jak rostliny reagují na stresující prostředí, je zásadní pro vývoj strategií na ochranu důležitých plodin pro potraviny a biopaliva před měnícím se klimatem,“ vysvětlil Rhee.
Vyšlo v eLife, nová práce od Zhao a Rhee, spolu s Benjaminem Jinem z Carnegie a Deze Kongem a Christinou Smolke ze Stanfordské univerzity zkoumali, jak je na genetické úrovni aktivována produkce rostlinné obranné sloučeniny zvané camalexin.
"Protože rostliny rostou na pevném místě, nemohou utéct před predátory nebo patogeny," vysvětlil Zhao. "Namísto toho se vyvinuly tak, aby produkovaly sloučeniny, které jim kromě jiných funkcí pomáhají odrazit vetřelce."
Camalexin, stejně jako jiné rostlinné metabolity, je syntetizován specializovanými pracovními proteiny nazývanými enzymy, které plní mnoho funkčních funkcí buňky. Když je rostlina ve stresu z prostředí, aktivuje geny kódující tyto enzymy. Vědci se rozhodli objasnit, jak může rostlinná buňka rychle spustit výrobní linku a reagovat na vnější podmínky nebo hrozby ve správný čas.
Genetický materiál buňky kóduje receptury na výrobu těchto enzymů produkujících kamalexin a všech proteinů, které by buňka mohla potřebovat k provádění svých nezbytných funkcí za různých podmínek v každé fázi svého života. To je spousta informací. To je důvod, proč je organizace genetického kódu v buňce tak zásadní.
"Představte si, že buněčný genom je obrovská knihovna a každý gen je kniha a každý chromozom je extrémně velká police," řekl Rhee. "Buňka má různé mechanismy pro rychlé nalezení genu, který potřebuje v tomto obrovském množství informací, aby mohl být přepsán a přeložen, aby vytvořil kódovaný protein a reagoval na podmínky prostředí, včetně hrozeb a stresu."
Tyto strategie zahrnují přidávání nebo odstraňování značek nebo značek v balení všech genů a souvisejícího materiálu – souhrnně nazývaného chromatin – který může zvýšit nebo inhibovat expresi konkrétních genů. Někdy jsou aktivační i represivní prvky přítomny současně, což je fenomén zvaný bivalentní chromatin.
Zhao, Rhee a jejich kolegové byli schopni objasnit existenci nikdy předtím necharakterizovaného typu bivalentního chromatinu – nazvali jej kairostat, z řeckého „kairos“, což znamená ve správnou chvíli, a „stat“, což znamená zařízení, které udržuje cestu biosyntézy pro kamalexin neaktivní, dokud se neobjeví signál patogenu. Jejich zjištění naznačují, že oba prvky jsou potřebné k řízení správného načasování reakce rostliny na vnější stres.
„Camalexin a další obranné sloučeniny jsou pro rostliny často velmi drahé a toxické. Pro rostliny je tedy nevýhodné je vyrábět neustále,“ řekl Zhao. „Vědci zabývající se rostlinami již dlouhou dobu věděli, že tyto obranné sloučeniny se vyrábějí právě v době, kdy je rostlina napadena škůdci a patogeny. Nyní máme novou rukojeť na molekulárním mechanismu, která umožňuje toto přesné načasování produkce kamalexinu. Toto zjištění by mohlo poskytnout informace o strategiích pro boj proti změně klimatu a globálnímu hladu, nebo dokonce o syntéze léčiv rostlinného původu.
Při pohledu do budoucna chce skupina charakterizovat všechny proteiny zapojené do vytváření a odstraňování epigenetických značek, aby identifikovala více kairostatů a lépe porozuměla jejich roli v reakcích na životní prostředí a dalších funkcích rostlin.
Odkaz: „Nový bivalentní chromatin se spojuje s rychlou indukcí genů biosyntézy kamalexinu v reakci na signál patogenu v Arabidopsis“ od Kangmei Zhao, Deze Kong, Benjamin Jin, Christina D Smolke a Seung Yon Rhee, 15. září 2021, eLife.
DOI: 10.7554/eLife.69508
Tato práce byla částečně podporována Carnegie Institution for Science Endowment a granty od National Science Foundation (IOS-1546838, IOS-1026003), Ministerstva energetiky USA, Office of Science, Office of Biological and Environmental Research, Genomic Science Program grant č. DE-SC0018277, DE-SC0008769 a DE-SC0020366 a National Institutes of Health (1U01GM110699-01A1).
Původně publikovaný článek ZDE
