Како растенијата реагираат на диетата со вода
Лист број шест од моделното растение Arabidopsis thaliana беше првиот што проучи како растенијата се прилагодуваат на недостаток на вода на молекуларно ниво. Со изненадувачки резултати.
Лисјата се едни од најважните органи во растението. Фотосинтезата се одвива во нив, со користење на сончева светлина за претворање на јаглерод диоксид во шеќер и истовремено ослободување на кислород како нуспроизвод. Лисјата на тој начин ја градат биомасата и на тој начин го одржуваат растот на корените и производството на семе.
Климатските промени им се закануваат на овие органи, а со нив и на растенијата: се предвидуваат повисоки температури и подолги сушни периоди, што може сериозно да ја ограничи функцијата на лисјата. Применето на култивирани растенија, ова значи: Помала биомаса, помали жетви, помалку храна за луѓето и животните.
Измерен молекуларен одговор на диета со вода
Како дел од проектот на ЕУ АГРОН-ОМИКС, истражувачите кои работат со биотехнологот на растенијата Вилхелм Груисем сакаа да знаат како растението, во случај на треска (Arabidopsis thaliana), реагира на „диета на вода“ за време на нејзиниот развој, и самите надворешен израз, како и на молекуларно ниво.
За да го направат ова, за време на развојот на шестиот лист што го формира растението, истражувачите ја утврдија количината на протеини и придружните гласнички РНК молекули и ги споредија со податоците од растенијата што добиле доволно вода. Лист број шест е првиот "возрасен" лист на талевиот кора.
Истражувачите го собрале овој лист во четири последователни фази на развој наутро и навечер. Тие ги користеа податоците за да создадат профили што може да ги споредат едни со други.
Силни флуктуации во гласникот РНК
Однадвор, недостатокот на вода значеше дека растението растеше побавно, како што се очекуваше, и формираше помали лисја. Но, таа ја продолжи фазата на раст со цел да го компензира подрастекот предизвикан од неволна диета со вода.
Погледот во молекуларната внатрешна работа на листот број шест ги изненади Вилхелм Груисем и Катја Бенренфалер од биотехнолошката група на растенија ЕТХ. Количината на протеини измерени едвај се менувала во текот на денот, ниту кај растенијата што примале доволно вода ниту кај оние кои растеле на диета со вода. Од повеќе од 1700 измерени протеини, само два покажаа поголеми разлики во количината во текот на денот.
Од друга страна, молекулите на гласникот РНК (mRNA), т.е. копиите на генот, кои се упатства за градење на протеините, се различни. Кај растенијата кои растеле во нормални услови, количините на околу половина од над 25.000 измерени молекули на mRNA значително се промениле во текот на денот, при што некои биле почести навечер, а други наутро. Оваа разлика во количината навечер и наутро не е во корелација со различните протеини. „Овој факт беше изненадување за нас“, вели Катја Беренфалер.
Растенијата кои страдаат од недостаток на вода, сепак, не си дозволија „луксуз“ на флуктуирачки количини на mRNA, особено во подоцнежните фази на раст.
За време на целиот развој на листот број шест, од мал до целосно израснат лист, промените во количината на протеини беа, со неколку исклучоци, прилично тесно поврзани со количината на молекули на mRNA, како во случај на недостаток на вода и соодветно снабдување . „Измеривме добра корелација во текот на целиот развој, но не и преку дневниот циклус“, вели Вилхелм Груисем. Значи, се чини дека е потребна подолготрајна промена во нивото на mRNA со цел нешто да се промени во нивото на протеините.
Прашувајќи зошто
„Но, зошто нивото на mRNA се менува во текот на денот, ако има мало влијание врз нивото на протеини?“, Прашува Катја Бенренфалер, првиот автор на трудот што штотуку се појави во „Биологија на молекуларните системи“. Има смисла дека концентрацијата на протеини останува постојана, или особено во ситуации на недостаток. Бидејќи формирањето на овие молекули ја чини клетката многу енергија, како и нивното распаѓање.
Синтезата на протеини одзема околу девет пати повеќе енергија од склопувањето на молекулите на mRNA, како што покажува студијата врз клетките на цицачите. Научниците сè уште не знаат зошто околу три четвртини од молекулите на mRNA кои припаѓаат на измерените протеини флуктуираат дневно, додека нивоата на протеини остануваат стабилни во исто време. Тие се сомневаат дека флуктуацијата на количините на mRNA овозможува арабидопсис побрзо да реагира на променливите услови на животната средина.
Ненадејниот одговор на стресот од суша е различен
Резултатите од моделот на растение тале крес, исто така, може делумно да се пренесат на земјоделски култури како пченка или пченица. Важно е да се препознае како растенијата се однесуваат под променети климатски услови - ова вклучува подолги периоди на сувост, како што е ова лето во САД, вели Вилхелм Груисем. Големата анализа на протеините и молекулите на МРНК покажува дека прилагодувањето кон долгорочниот недостиг на вода се одвива поинаку од реакцијата на ненадеен стрес на вода, во која се активираат сосема различни гени, а одредени молекули на МРНК и придружните протеини се брзо достапни во голем број посочува тој.
Библиографија
Baerenfaller K, Massonnet C, Walsh S, Baginsky S, Bühlmann P, Hennig L, Hirsch-Hoffmann M, Howell KA, Kahlau S, Radziejwoski A, Russenberger D, Rutishauser D, Small I, Stekhoven D, Sulpice R, Svozil J, Wuyts N, Stitt M, Hilson P, Granier C, Gruissem W. Анализата на растот на лисјата Арабидопсис базирана на системи открива адаптација на дефицит на вода. Мол Сист Биол. 2012 година 28 август; 8: 606. дои: 10.1038/msb.2012.39.