Würzburgo tyrėjai revoliucionuoja augalų tyrimus su optogenetiniais tabako augalais.

Würzburgo tyrėjai revoliucionuoja augalų tyrimus su optogenetiniais tabako augalais.

Novatoriškame tyrime Juliaus Maximilians universiteto Würzburg (JMU) tyrimų grupės sukūrė naujas tabako gamyklas, leidžiančias signalus iššifruoti, kurie gauna augalus iš savo aplinkos. Šis tyrimas parodo, kaip augalai reaguoja į streso veiksnius ir gali turėti tolimą poveikį augalų tyrimams.

Augalai susiduria su unikaliais iššūkiais, ypač kai kyla kenkėjų grasinimai ar nepalankios aplinkos sąlygos. Priešingai nei gyvūnai, jie negali fiziškai judėti ir pakeisti savo buvimo vietą. Dėl šios priežasties jūs sukūrėte įvairias strategijas, kaip reaguoti į tokias išorines grėsmes. Pagrindinis vaidmuo vaidina antrinio pasiuntinio kalcio pokyčius, kurie dažnai dalyvauja signalo keliuose, suaktyvina augalus, kad apsigintų.

Nauji optogenetiniai metodai

Viurzburgo tyrimų komandos, susidedančios iš botanikos, neurofiziologijos ir farmacijos biologijos sričių ekspertų, dabar ėjo naują kelią. Tai yra optogenetinių tabako augalų naudojimas, leidžiantis tiksliai manipuliuoti jonų pagrįstais signalais, naudojant šviesos valdymą. Šis metodas grįžta prie jautrių jonų kanalų, kuriuos prieš daugiau nei 20 metų apibūdino Peteris Hegemannas ir Georgas Nagelis, plėtrą ir sudarė optogenetikos pagrindą.

Dabartiniam tyrimui reikėjo, kad kanalasRHODOPSINEN palaikytų, kurie galėtų absorbuoti šviesą. Šie baltymai yra dumbliuose ir mikroorganizmuose ir leidžia tiksliai kontroliuoti jonų sroves augalų ląstelėse. Prieš tai norint sėkmingai įgyvendinti šių produktų išraišką, reikėjo atlikti išsamų parengiamąjį darbą.

Sėkmingi iššūkiai

Aplink dr. Shiqiang Gao mokslininkai susidūrė su keliais iššūkiais. Pirma, kanalrhodopsinui reikalinga tinklainės-būtinosios molekulės, kurios nėra augaluose, tačiau joje gausu beta-karotino. Tačiau GAO sugebėjo sukurti metodą, per kurį augalų ląstelės galėjo gaminti tinklainę iš beta-karotino. Tai paskatino transgeninių tabako augalų, turinčių aukštą tinklainę, vystymąsi.

Be to, augalai turėjo augti ypatingoje aplinkoje, kad būtų išvengta netyčinio rodopsino aktyvacijos. Testai parodė, kad raudonos LED lemputės naudojimas augalams neatnešė jokių sveikatos trūkumų ir įgalino tikslinius tyrimus.

Kitas iššūkis buvo sėkminga kanaloRHODOPSINE išraiška tabako augaluose. Ankstesniame bandyme Würzburgo mokslininkams pavyko integruoti anijonų kanalą į tabako ląsteles. Dėl šios pažangos mokslininkai sukūrė skirtingus kanalų rodopsins, optimizuotus kalcio jonų pralaidumui.

Tikslūs rezultatai per apšvietimo valdymą

Naujai sugeneruoti tabako augalai leido tyrėjams ištirti, ar pabrėžiant streso reakciją, labai svarbu ištirti, ar ląstelių membranos depoliarizacija yra viena. Rezultatai nustebino: nors augalai su aktyvuotu anijono kanalu reagavo į stresą sukeliančią situaciją su tipiškomis reakcijomis, tokiomis kaip nudžiūvę ir gamindami hormonų abscizmo rūgštį (ABA), augalai su aktyvuotais kalcio kanalais elgiasi visiškai skirtingai ir gamino kitas signalo molekules.

Apskritai šis tyrimas ne tik parodo, kaip augalai reaguoja į stresą, bet ir atveria naują augalų tyrimų erą. Tyrėjai yra tikri, kad būsimi tyrimai su kanalo rodopsinais suteiks gilesnių įžvalgų apie augalų signalo apdorojimą.

Originalus tyrimas buvo paskelbtas žurnale „Nature“ ir jį galima perskaityti pavadinime „Dviejų kanalųRHODOPSINSS optigenetiškai apdorojamų augalų signalo apdorojimo įrodymas“.

Norėdami gauti daugiau informacijos, dr. Kai Konrad ir dr. Shiqiang Gao iš JMU galimų klausimų.