Новое открытие может повысить урожайность сельскохозяйственных культур и бороться с глобальным голодом. Выводы могут вдохновить на усилия по повышению урожайности сельскохозяйственных культур и борьбе с глобальным голодом.
Новая работа под руководством Кангмей Чжао и Сью Ри из Карнеги раскрывает новый механизм, с помощью которого растения могут быстро активировать защиту от бактериальных инфекций. Это понимание может вдохновить на усилия по повышению урожайности и борьбе с голодом во всем мире.
«Понимание того, как растения реагируют на стрессовые условия окружающей среды, имеет решающее значение для разработки стратегий по защите важных продовольственных и биотопливных культур от изменяющегося климата», - пояснил Ри.
Опубликовано в eLifeв новой работе Чжао и Ри, а также Бенджамина Джина из Карнеги, Дезе Конга и Кристины Смолке из Стэнфордского университета исследовали, как производство защитного соединения растений, называемого камалексином, активируется на генетическом уровне.
«Поскольку растения растут в фиксированном месте, они не могут убежать от хищников или патогенов», - объяснил Чжао. «Вместо этого они эволюционировали, чтобы производить соединения, которые, среди прочего, помогают им бороться с захватчиками».
Камалексин, как и другие метаболиты растений, синтезируется специальными рабочими белками, называемыми ферментами, которые выполняют многие функциональные обязанности клетки. Когда растение испытывает экологический стресс, оно активирует гены, кодирующие эти ферменты. Исследователи решили выяснить, как растительная клетка может быстро запустить производственную линию и в нужный момент реагировать на внешние условия или угрозы.
Генетический материал клетки кодирует рецепты для создания этих ферментов, продуцирующих камалексин, и всех белков, которые могут понадобиться клетке для выполнения своих необходимых функций в различных условиях на каждом этапе ее жизни. Это много информации. Вот почему так важна организация генетического кода в клетке.
«Представьте, что геном клетки - это огромная библиотека, каждый ген - это книга, а каждая хромосома - это чрезвычайно большая полка», - сказал Ри. «Клетка имеет различные механизмы для быстрого поиска нужного гена в огромном массиве информации, чтобы его можно было транскрибировать и транслировать, чтобы сделать закодированный белок и реагировать на условия окружающей среды, включая угрозы и стресс».
Эти стратегии включают добавление или удаление тегов или меток на упаковке всех генов и связанного материала, вместе называемого хроматином, которые могут усиливать или подавлять экспрессию определенных генов. Иногда и активирующие, и репрессирующие элементы присутствуют одновременно, это явление называется двухвалентным хроматином.
Чжао, Ри и их коллеги смогли выяснить существование никогда ранее не охарактеризованного типа двухвалентного хроматина - они назвали его кайростатом от греческого «kairos», что означает «в нужный момент», и «stat», что означает устройство, которое удерживает путь биосинтеза камалексина в неактивном состоянии до тех пор, пока не появится сигнал патогена. Их результаты показывают, что оба элемента необходимы для контроля правильного времени реакции растения на внешний стресс.
«Камалексин и другие защитные соединения часто очень дороги и токсичны для производства растений. Поэтому растениям невыгодно выращивать их постоянно », - сказал Чжао. «Ученым-растениеводам давно известно, что эти защитные соединения образуются как раз вовремя, когда растение подвергается нападению вредителей и патогенов. Теперь у нас есть новый подход к молекулярному механизму, который обеспечивает точное время производства камалексина. Это открытие может послужить основой для стратегий борьбы с изменением климата и глобальным голодом или даже для синтеза лекарств растительного происхождения ».
Забегая вперед, группа хочет охарактеризовать все белки, участвующие в установлении и удалении эпигенетических меток, чтобы идентифицировать больше киростатов и лучше понять их роль в ответах на окружающую среду и других функциях растений.
Ссылка: «Новый двухвалентный хроматин ассоциируется с быстрой индукцией генов биосинтеза камалексина в ответ на сигнал патогена в Arabidopsis”Канмей Чжао, Дезе Конг, Бенджамин Джин, Кристина Д Смолке и Сын Ён Ри, 15 сентября 2021 г., eLife.
DOI: 10.7554 / eLife.69508
Эта работа была частично поддержана Фондом науки Карнеги и грантами Национального научного фонда (IOS-1546838, IOS-1026003), Министерства энергетики США, Управления науки, Управления биологических и экологических исследований, гранта Программы геномных наук. № DE-SC0018277, DE-SC0008769 и DE-SC0020366, а также Национальные институты здравоохранения (1U01GM110699-01A1).
Статья опубликована изначально ВОТ
