Az új felfedezés javíthatja a terméshozamot és leküzdheti a globális éhezést. Az eredmények ösztönözhetik a terméshozamok javítására és a globális éhezés leküzdésére irányuló erőfeszítéseket.
A Carnegie Kangmei Zhao és Sue Rhee által vezetett új munka egy új mechanizmust tár fel, amellyel a növények képesek gyorsan aktiválni a bakteriális fertőzések elleni védekezést. Ez a felfogás ösztönözheti a terméshozamok javítására és a globális éhezés leküzdésére irányuló erőfeszítéseket.
„A növények stresszes környezetre adott reakcióinak megértése kritikus fontosságú olyan stratégiák kidolgozásához, amelyek megvédik a fontos élelmiszer- és bioüzemanyag-növényeket a változó éghajlattól” – magyarázta Rhee.
Megjelent a eLife, Zhao és Rhee új munkája, valamint a Carnegie Benjamin Jin és a Stanford Egyetem Deze Kong és Christina Smolke munkatársai azt vizsgálták, hogyan aktiválódik a kamalexin nevű növényvédő vegyület termelése genetikai szinten.
„Mivel a növények meghatározott helyen nőnek, nem tudnak elmenekülni a ragadozók vagy kórokozók elől” – magyarázta Zhao. "Ehelyett olyan vegyületeket fejlesztettek ki, amelyek többek között segítenek nekik a betolakodók elleni küzdelemben."
A kamalexint, más növényi metabolitokhoz hasonlóan, speciális munkásfehérjék, úgynevezett enzimek szintetizálják, amelyek a sejt számos funkcionális feladatát ellátják. Amikor a növény környezeti stressznek van kitéve, aktiválja az ezeket az enzimeket kódoló géneket. A kutatók arra törekedtek, hogy tisztázzák, hogyan tudja egy növényi sejt gyorsan begyújtani a gyártósort, és hogyan reagálhat a megfelelő időben a külső körülményekre vagy veszélyekre.
A sejt genetikai anyaga kódolja a recepteket e kamalexint termelő enzimek előállításához, valamint mindazon fehérjéket, amelyekre a sejtnek szüksége lehet ahhoz, hogy élete minden szakaszában különböző körülmények között elvégezze a szükséges funkcióit. Ez nagyon sok információ. Ezért olyan döntő fontosságú a genetikai kód megszervezése a sejtben.
„Képzeljük el, hogy a sejt genomja egy hatalmas könyvtár, és minden gén egy könyv, és minden kromoszóma egy rendkívül nagy polc” – mondta Rhee. "A sejt különböző mechanizmusokkal rendelkezik a szükséges gén gyors megtalálására ebben a hatalmas információs skálában, így átírható és lefordítható a kódolt fehérje előállítására, és reagálhat a környezeti feltételekre, beleértve a fenyegetéseket és a stresszt."
Ezek a stratégiák magukban foglalják a címkék vagy jelölések hozzáadását vagy eltávolítását az összes gén és a kapcsolódó anyag – együttesen kromatin – csomagolásából, amelyek fokozhatják vagy gátolhatják bizonyos gének expresszióját. Néha az aktiváló és elnyomó elemek egyszerre vannak jelen, ezt a jelenséget bivalens kromatinnak nevezik.
Zhao, Rhee és kollégáik meg tudták világítani a bivalens kromatin egy korábban soha nem jellemzett típusának létezését – ők kairosztátnak nevezték el, amely a görög „kairos” szóból származik, ami azt jelenti, hogy a megfelelő pillanatban, és „stat”, azaz „stat” eszköz – amely inaktívan tartja a kamalexin bioszintézis útját, amíg meg nem érkezik kórokozó jel. Eredményeik azt mutatják, hogy mindkét elemre szükség van a növény külső stresszre adott válaszának megfelelő időzítésének szabályozásához.
„A kamalexin és más védekező vegyületek gyakran nagyon drágák és mérgezőek a növények számára. Tehát hátrányos, hogy a növények folyamatosan készítik őket” – mondta Zhao. „A növénykutatók régóta tudják, hogy ezek a védővegyületek éppen akkor keletkeznek, amikor a növényt kártevők és kórokozók támadják meg. Most egy új fogantyúval rendelkezünk egy molekuláris mechanizmuson, amely lehetővé teszi a kamalexin termelésének ezt a pontos időzítését. Ez az eredmény a klímaváltozás és a globális éhínség elleni küzdelem stratégiáihoz, vagy akár a növényi eredetű gyógyszerek szintéziséhez vezethet.”
A jövőre nézve a csoport szeretné jellemezni az összes fehérjét, amely részt vesz az epigenetikai jelek létrehozásában és eltávolításában, hogy több kairosztátot azonosítson, és jobban megértse szerepüket a környezeti reakciókban és más növényi funkciókban.
Hivatkozás: „Egy új bivalens kromatin a kamalexin bioszintézis gének gyors indukciójával társul egy patogén jelre adott válaszként Arabidopsis” írta: Kangmei Zhao, Deze Kong, Benjamin Jin, Christina D Smolke és Seung Yon Rhee, 15. szeptember 2021. eLife.
DOI: 10.7554/eLife.69508
Ezt a munkát részben a Carnegie Institute for Science Alapítvány és a National Science Foundation (IOS-1546838, IOS-1026003), az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma, Tudományos Hivatal, Biológiai és Környezetkutatási Hivatal, Genomikus Tudományos Program támogatása támogatta. sz. DE-SC0018277, DE-SC0008769 és DE-SC0020366, valamint a National Institutes of Health (1U01GM110699-01A1).
Eredetileg megjelent cikk ITT
