A növények fényhez való alkalmazkodásának megvilágítása

A növények fényhez való alkalmazkodásának megvilágítása
A növények fényhez való alkalmazkodásának megvilágítása
Anonim

Az Arabidopsis thaliana növény 141 fajtájával végzett tanulmányok, amelyeket a világ különböző régióiról gyűjtöttek össze, azt mutatják, hogy a kulcsfontosságú fényérzékelő fehérjék genetikai változatossága magyarázatot adhat arra, hogy a növények hogyan tudják finomhangolni a fényre adott válaszaikat.

A kutatócsoport, amelyben a Howard Hughes Orvosi Intézet kutatója, Joanne Chory és Detlef Weigel, a Salk Institute munkatársa volt, a Nature Genetics-ben publikálta tanulmányát.

Az Arabidopsis egy kis virágzó növény, amelyet a növénykutatók széles körben használnak kísérleti szervezetként, mert könnyen termeszthető, szapora, és a virágos növények közül a legkisebb genomjával rendelkezik. Tavaly a kutatók bejelentették a teljes Arabidopsis genom szekvenálását.

Chory, Weigel és kollégáik az Arabidopsis fényérzékenységének természetes változásait próbálták megérteni a növény 141 fajtájának tanulmányozásával, amelyeket különböző földrajzi helyekről gyűjtöttek be. Kísérleteik során az összes növény csírázó palántáját azonos szintű kék, vörös vagy távoli vörös fénynek, valamint fehér fénynek és teljes sötétségnek tették ki. A különböző fényhullámhosszúságoknak való kitettség célja az volt, hogy feltárja a jelátviteli útvonalak változásait, amelyekről ismert, hogy érzékenyek ezekre a hullámhosszokra. A tudósok két olyan növényi hormon hatásának is kitették a palántákat, amelyekről ismert, hogy befolyásolják a fényérzékeny útvonalakat.

A növényekben található embrionális hajtás vagy hipokotil hosszának mérésével a tudósok számszerűsíthetik az egyes növények fényérzékenységét. A hipokotilok gyengébb fényben hajlamosak hosszabb ideig megnyúlni – mivel a növény késlelteti a teljes csírázást –, így normál fényviszonyok mellett hosszuk tükrözi a növény fényérzékenységét.

Ezek a kísérletek jelentős eltéréseket tártak fel a fényérzékenységben a fajták között, találták Choryt, Weigelt és kollégáikat. A kísérletek azt mutatták, hogy az alacsonyabb szélességi körökről származó fajták, ahol intenzívebb a fény, általában kevésbé érzékenyek a fényre.

A kutatók emellett különbségeket találtak a törzsek között a különböző hullámhosszúságú fényre adott relatív válaszukban.

„Azt találtuk, hogy csoportosíthatjuk a törzseket aszerint, hogy hogyan reagálnak a kék fényre vagy a vörös fényre, vagy a távoli vörös fényre” – mondta Chory. A kutatók összehasonlították ezeket a reakciómintázatokat a növényi fotoreceptor molekulákban, az úgynevezett fitokrómokban, az ismert laboratóriumilag kiváltott mutánsokéval. „Fontos volt, hogy tanulmányozzuk az ilyen típusú természetes változatokat egy olyan útvonal összefüggésében, amelynek egyes összetevőit megértjük” – mondta Chory. „Láthattuk volna ezt a természetes változatot, és csak leírtuk volna, de nem tudtuk volna követni a genetikai forrás feltárásával” – mondta.

Weigel szerint a fényérzékenység természetes változásainak genetikai eredetének felkutatása aranyos tudományos lehetőséget jelentett. "Nincs túl jó képünk az ilyen eltérésekről, beleértve azt is, hogy milyen génekben fordul elő, és a gének mely részeiben" - mondta.

A genetikai variáció kimutatása érdekében a kutatók összehasonlították a természetesen változó törzsekben a különböző fényviszonyokra adott növekedési válaszokat a receptorgének ismert laboratóriumilag indukált mutánsaival. „Az ötlet az volt, hogy ha ezek közül a természetes variánsok közül bármelyik laboratóriumi mutánsnak tűnik a növekedési körülmények között, akkor talán az az oka, hogy mutánsnak tűnt, mert ez egy természetes változat, amely utánozza a labor által kiváltott mutánsokat” – mondta Weigel.

A tudósok a franciaországi Le Mans-ból származó Arabidopsis egyik törzsét, az LM-2-t találták, amely laboratóriumi mutánsra hasonlít, amely a fényérzékelő molekula, a fitokróm A génjében megváltozott. További elemzések kimutatták, hogy a fitokróm A ez a törzs csak egyetlen aminosavban különbözött a normál molekulától. "Ha ez a fotoreceptor megfelelően működik, a fény általi gerjesztés a fehérje forgalmát idézi elő. Az LM-2 allél esetében azonban azt találtuk, hogy a fehérje nem fordult meg, hanem felhalmozódott, ami azt jelzi, hogy nem jelez megfelelően” – mondta Chory.

További vizsgálatok feltárták, hogy az LM-2 variánsban a mutáns fitokróm A-t másképpen „hangolták”, ami egy olyan molekulát eredményezett, amely 100-szor kevésbé volt érzékeny a spektrum távoli vörös végére. A tudósok azt is megállapították, hogy a fotoreceptor molekula nem termel elegendő enzimaktivitást ahhoz, hogy jelét továbbítsa a downstream jelátviteli útvonalaknak.

„Tehát arra a következtetésre jutottunk, hogy az aminosav változása ebben a fehérjében befolyásolta annak képességét, hogy jelet továbbítson a kromofor doménből, ahol a fény gerjeszti, egy anyagcsereútra” – mondta Chory.. Az elemzések kimutatták, hogy a mutáció sem a fehérje fényérzékelő, sem enzimatikus doménjeit nem érintette, hanem egy „csuklós” régiót, amely a kettőt összekapcsolta. Annak megállapítására, hogy ez a csuklópánt kritikus volt-e, a tudósok megváltoztatták ugyanazt az aminosavat egy rokon fotoreceptorban, a fitokróm B-ben, és hasonló hatást észleltek a fényérzékenységre.

Chory és Weigel szerint tanulmányaik azt mutatták, hogy a fényérzékenység természetes változásának forrásának nyomon követése segíthet a tudósoknak megérteni azt a molekuláris gépezetet, amely szabályozza a növények fényre adott válaszait.

A tanulmányok betekintést nyújthatnak más élőlények változásaiba is. „Keveset tudunk a növények természetes változatosságának genetikai alapjáról, de ez nagyjából igaz minden élőlényre, és minden bizonnyal igaz az emberre is” – mondta Weigel. „Embereknél ezek a változatok magukban foglalják a betegségekre való hajlamot és azt, hogy hogyan reagálnak másképp a gyógyszerekre. Reméljük, hogy ezek a tanulmányok segítenek megtalálni a genetikai architektúra általános elveit, amelyek alkalmazhatók bonyolultabb szervezetekre is.”

Népszerű téma

Érdekes cikkek
Az őskémiai érzékelő fejlődése, a nocicepció, kiszagolva
Olvass tovább

Az őskémiai érzékelő fejlődése, a nocicepció, kiszagolva

Amikor megfullad a csípős cigarettafüsttől, úgy érzi, mintha felégne egy falat wasabi-csipkés sushitól, vagy sírna, miközben nyers hagymát és fokhagymát vág, válaszát egy eredeti kémiai érzékelő váltja ki mintegy 500 millió éves állatfejlődés – számoltak be a Brandeis Egyetem tudósai a Nature március 18-i tanulmányában.

A gombák gyorsan változhatnak, továbbadhatják a fertőző képességet
Olvass tovább

A gombák gyorsan változhatnak, továbbadhatják a fertőző képességet

A gombák jelentős potenciállal rendelkeznek a „horizontális” génátvitelben, egy új tanulmány kimutatta, hasonlóan azokhoz a mechanizmusokhoz, amelyek lehetővé teszik a baktériumok ilyen gyors fejlődését, rezisztenssé válnak az antibiotikumokkal szemben, és más súlyos problémákat okoznak.

Marine Mr. Mom: A hím csőhalak szülnek, de némelyik döglött apa, a tanulmány szerint
Olvass tovább

Marine Mr. Mom: A hím csőhalak szülnek, de némelyik döglött apa, a tanulmány szerint

A hím csőhalak és csikóhal-unokatestvéreik az egyetlen hím, amely ténylegesen vemhes lesz és megszül, de a pipahalak valószínűleg soha nem nyerik el az Év Atyja díjat – az utódokhoz való hozzáállásuk a teljes szeretettől a teljes elhanyagolásig terjedhet, a Texas A&M Egyetem kutatóinak új eredményei szerint.