Würzburgští vědci revolucionizují výzkum rostlin s optogenetickými tabákovými rostlinami

Würzburgští vědci revolucionizují výzkum rostlin s optogenetickými tabákovými rostlinami

V průkopnické studii vytvořily výzkumné týmy z Julius Maximilians University Würzburg (JMU) nové tabákové rostliny, které umožňují dešifrování signálů, které přijímají rostliny z jejich životního prostředí. Toto vyšetření osvětluje, jak rostliny reagují na stresové faktory a mohly mít daleko -účinky na výzkum rostlin.

Rostliny čelí jedinečným výzvám, zejména pokud jde o hrozby škůdců nebo nevýhodných podmínek prostředí. Na rozdíl od zvířat se nemohou pohybovat fyzicky a změnit své umístění. Z tohoto důvodu jste vyvinuli řadu strategií, které reagují na takové vnější hrozby. Klíčová role hraje změny v sekundárním posenském vápníku, který je často zapojen do signálních cest, aktivuje rostliny, aby se bránily.

Nové optogenetické přístupy

Výzkumné týmy Würzburgů sestávající z odborníků v oblasti botaniky, neurofyziologie a farmaceutické biologie se nyní vydaly novou cestu. Jedná se o použití optogenetických tabákových rostlin, které umožňují přesně manipulovat se signály na bázi iontů pomocí kontroly světla. Tato metoda se vrací k vývoji světelných iontových kanálů, které poprvé popsali Peter Hegemann a Georg Nagel před 20 lety a tvořily základ pro optogenetiku.

Pro současnou studii byla vyžadována podpora kanálurhodopsinenu, která může absorbovat světlo. Tyto proteiny jsou obsaženy v řasách a mikroorganismech a umožňují přesnou kontrolu iontových proudů v rostlinných buňkách. Předtím byly k úspěšnému provedení těchto produktů nezbytné rozsáhlé přípravné práce.

Úspěšné výzvy

Vědci kolem Dr. Shiqiang Gao čelili několika výzvám. Za prvé, kanálrhodopsin potřeboval esenciální molekulu sítnice, která není k dispozici v rostlinách, ale je bohatá na beta-karoten. GOO se však podařilo vyvinout metodu, pomocí které by rostlinné buňky mohly produkovat sítnici z beta-karotenu. To vedlo k vývoji transgenních tabákových rostlin s vysokým sítnicí.

Kromě toho musely rostliny růst ve zvláštním prostředí, aby se zabránilo neúmyslné aktivaci rhodopsinu. Testy ukázaly, že použití červeného LED světla nepřineslo do rostlin žádné zdravotní nevýhody a umožnilo cílený výzkum.

Další výzvou bylo úspěšné vyjádření kanálurhodopsinu v rostlinách tabáku. V dřívějším pokusu se Würzburgským vědcům podařilo integrovat aniontový kanál do tabákových buněk. Tento pokrok způsobil, že vědci vyvinuli různé kanály rhodopsiny, které jsou optimalizovány pro propustnost iontů vápníku.

Přesné výsledky prostřednictvím kontroly osvětlení

Nově generované rostliny tabáku umožnily vědcům zkoumat, zda je pro stresovou reakci zásadní jediný proud iontů vápníku nebo depolarizaci buněčné membrány. Výsledky byly překvapivé: Zatímco rostliny s aktivovaným aniontovým kanálem reagovaly na stresovou situaci s typickými reakcemi, jako je zvadnutí a produkce hormonální kyseliny abscismu (ABA), rostliny s aktivovanými vápníkovými kanály se chovají úplně jinak a produkují jiné molekuly signálu.

Celkově tento výzkum nejen ukazuje, jak rostliny reagují na stres, ale také otevírají novou éru ve výzkumu rostlin. Vědci jsou jisté, že budoucí studie s kanálem rodopsiny poskytnou hlubší vhled do zpracování signálu rostlin.

Původní studie byla zveřejněna v časopise Nature Magazine a lze ji číst pod názvem „Prokazující zpracování signálu rostlin optogeneticky dvěma kanályrhodopsiny“.

Pro více informací, Dr. Kai Konrad a Dr. Shiqiang Gao z JMU dostupné pro dotazy.