2023 Szerző: Sophia Otis | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-05-21 01:49
STORRS, Conn. – A University of Connecticutplant biológusa, Roberto Gaxiola által vezetett tudóscsoport felfedezett egy figyelmen kívül hagyott genetikai kulcsot a termékenyebb, szárazságtűrőbb és tápanyagszegény talajban is növekedni képes növények előállításához. Munkájuk az első, amely sikeresen tesztelt sejtekben egy 30 éves hipotézist, amely megmagyarázza az elsődleges növekedési és fejlődési hormon mozgását a növényeken keresztül, és várhatóan a biológia tankönyvek újraírására késztet.
A UConn, a Purdue University és a Pennsylvania State University kutatói megállapították, hogy a növényi sejtekben talált három protonpumpa egyike, amelyekről korábban azt hitték, hogy funkciója rendkívül korlátozott, kritikus szerepet játszik a növény gyökér- és hajtásrendszerének növekedésében és fejlődésében azáltal, hogy szabályozza a sejtosztódást., expanzió és hormontranszport. A protonpumpát kódoló egyetlen gén túlzott expressziója jelentősen fokozza az elsődleges növénynövekedési hormon, az auxin szállítását, és erősebb, kiterjedtebb gyökérrendszerrel és akár 60 százalékkal több lombozattal rendelkező növényeket eredményez – számolnak be a kutatók az október 7-i számban. a tekintélyes tudományos folyóiratban.
"Ez a felfedezés potenciálisan forradalmasíthatja a mezőgazdaságot az egész világon" - mondta Gaxiola, az UConn növénytudományi részlegének egyetemi tanársegédje. "Ez a túlzott kifejezés szabályozza a növény egyik legfontosabb részének, a gyökereknek a fejlődését. A nagyobb gyökerű növény egészségesebb és termékenyebb, mert nagyobb gyökérrendszerrel a növény képes vizet és tápanyagokhoz jutni. nagyobb talajterületekről.
"A biológia tankönyvek azt mondják, hogy három szivattyú van egy növény sejtjében, de egy kevésbé fontos. Kutatásunk szerint ez nem így van" - mondta Gaxiola. "Mint kiderült, arra az apró szivattyúra van szükség ahhoz, hogy a főszivattyút, az üzem fő motorját a plazmamembránra szállítsák. Ez viszont lehetővé teszi a főszivattyú számára, hogy több növekedési hormon, auxin szállítását segítse elő a növény plazmamembránján, valamint a növény gyökér- és hajtásrendszerén keresztül, ami fokozott sejtosztódást és növekedést eredményez."
Minden növény három protonpumpát tartalmaz – egy P-típusú H+-ATPáz néven ismert mesterszivattyút, amely megkönnyíti a tápanyagok szállítását a növényi sejtekbe és kifelé, és két másik pumpát, amelyek a növényi sejtekben működnek. A biológusok kimutatták, hogy csak a P-típusú H+-ATPáz pumpálja a protonokat a sejten kívüli térbe, hogy olyan változásokat hozzon létre, amelyek a kis molekulák sejtekbe és onnan történő szállítását hajtják végre. Eddig úgy gondolták, hogy az AVP1 H+-PPáz, Gaxiola csoportja pusztán a növényi vakuólumokban vagy a növénysejteken belüli nagy tárolóterületeken belüli pH-szintet túlzottan kifejezte, és elsősorban egy nagyobb, V-ATPáz néven ismert vakuoláris szivattyú tartalékszivattyújaként szolgált. A tudósok úgy vélték, hogy a nagyobb vakuoláris pumpa volt az egyetlen, amely segített a fő szivattyúnak a növénysejt plazmamembránjára és onnan történő átszállításában.
A Massachusetts Institute of Technology és a Harvard Egyetem tudósaival együttműködve Gaxiola korábban olyan növényeket hozott létre, amelyekben az AVP1 gén túlzottan kifejeződött az Arabidopsis thaliana kutatónövény segítségével. Ahogy Gaxiola megjósolta, ezek a növények ellenálltak a sónak és a szárazságnak, és több sóiont kötöttek le vakuólumaikban. Meglepő módon a növényeknek abnormálisan nagy gyökér- és hajtásrendszerük is volt.
Simon Gilroy, a Pennsylvaniai Állami Egyetem sejtbiológusa egy újabb darabbal szolgált a rejtvényhez, amikor felfedezte, hogy a protonkoncentrációt jelző pH változatlan maradt a sejtekben. De a sejten kívüli pH alacsonyabb volt, ami azt jelenti, hogy savasabb volt, és magasabb volt a protonkoncentrációja.
A következő nyomot Angus Murphy növénysejt-biológus és munkatársai kapták a Purdue Egyetemen.
"Amikor Simon beszámolt a savasságról és a proton gradiens növekedéséről a növényi sejtek belső és külső része között Roberto túlzott expressziós vonalaiban, lehetőséget láttunk annak a modellnek a tesztelésére, amelyet az auxin növényi hormon transzportjának magyarázatára használtak. az elmúlt 30 évben – mondta Murphy."Ez a modell azt jósolja, hogy a megnövekedett protongradiens az auxintranszport gyorsabb sebességét eredményezi. Ezt az elméletet soha nem tesztelték közvetlenül olyan növényeken, ahol a protongradiens molekuláris genetikai technikákkal manipulált. Amikor megállapítottuk, hogy a transzport sebessége megnőtt, de a az összes auxintartalom nem volt, az auxin transzport modellt validálták."
Az AVP1 kritikus szerepét úgy határozták meg, hogy összehasonlították a transzgenikus növényeket a közönséges Arabidopsis növényekkel és a növény mutáns változataival, amelyek mentesek voltak az AVP1-től. Felfedezték, hogy az AVP1 mutánsok nem fejlesztettek ki funkcionális gyökérrendszert, és hajtásaik aprók és deformálódnak.
A Gaxiola a növényi protonszivattyúk manipulálására specializálódott termésjavítás céljából, és Murphy és Purdue kollégájára, Wendy Peerre támaszkodott, aki a növényekben való auxintranszport terén jártas, és Gilroyra támaszkodott a növényi sejtbiológia szakértelemmel, különös tekintettel a gyökerekre.
További szerzők: Jisheng Li, HaibingYang, Soledad Undurraga és Mariya Khodakovskaya UConn doktoranduszai; Purdue doktoranduszai Joshua Blakeslee, Anindita Bandyopadhyay, BoosareeTiapiwantakun, Elizabeth Richards; Penn State doktori hallgató GregoryRichter; és a Dél-Karolinai Egyetem biológiaprofesszora, Beth Krizek.
Gaxiola azt mondta, hogy az Arabidopsis-eredmények megkettőzésére irányuló korai kísérletek más terményekben, például paradicsomban, rizsben, gyapotban és nyárfákban azt mutatják, hogy a csapat felfedezése hatással lehet a világ élelmiszertermelésének növelésére és a globális újraerdősítési erőfeszítésekre. Azt jósolja, hogy az elkövetkező öt évben a csoportja megközelítésével génmanipulált növények „boom” lesz. A kutatócsoport eredményei valószínűleg különösen jelentősek a fejlődő országok gazdái számára, beleértve Gaxiola szülőföldjét, Mexikót is, mivel sokan száraz régiókban élnek. öntözőrendszer és pénz hiánya a kevésbé kiterjedt gyökérrendszerű növények táplálásához szükséges drága műtrágyákhoz.
U. S. a szabadalmak jelenleg függőben vannak, és kutatási licencszerződést írtak alá egy nemzetközi céggel.
