Naukowcy zidentyfikowali białko stojące za mechanizmem wyczuwania tlenu przez rośliny
Zarówno botanik, jak i weekendowy ogrodnik wie, że nadmiar wody może zniszczyć rośliny. Zawodnienie lub zalewanie roślin nie pozwala im pobrać wystarczającej ilości tlenu niezbędnej do oddychania komórkowego i wytwarzania energii. Aby poradzić sobie z tym stanem hipoksji, rośliny pobudzają konkretne geny. Do tej pory nie było jednak dokładnie wiadomo, jak rośliny wyczuwają stężenie tlenu. Naukowcy w Europie zidentyfikowali białko potrafiące wiązać się z niektórymi regionami kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA), wywołując w ten sposób transkrypcję genów reagujących na stres. Odkrycia opublikowane w czasopiśmie Nature mogą pomóc w zwiększeniu tolerancji roślin na zawodnienie. W ramach wielu prowadzonych ostatnio badań zaobserwowano, że białko aktywujące geny w celu zareagowania na hipoksję, tak zwany czynnik transkrypcji, jest uwalniane z błony komórkowej, aby zakumulować się jądrze i doprowadzić do ekspresji genów reagujących na stres. Naukowcy z Holandii, Niemiec i Włoch twierdzą, że zidentyfikowali odgałęzienie zależnej od ubikwityny ścieżki rozpadu białka zgodnej z regułą końca-N, które jest aktywne zarówno u ssaków, jak i roślin, pełniąc funkcję mechanizmu wyczuwania tlenu, u Arabidopsis thaliana - niewielkiej rośliny kwitnącej, która jest powszechnie wykorzystywana jako organizm modelowy w biologii roślin. Odkrycia pokazują, że rośliny z nadekspresją białka RAP2.12 charakteryzują się wyższą tolerancją na zawodnienie i są w stanie lepiej zregenerować się w jego następstwie. "Kiedy stężenie tlenu jest niskie - jak w czasie zawodnienia - następuje uwolnienie RAP2.12 z błony komórkowej i jego nagromadzanie w jądrze w celu aktywacji ekspresji genów na potrzeby aklimacji do warunków hipoksji" - czytamy w artykule. "Nasze odkrycie mechanizmu wyczuwania tlenu otwiera nowe możliwości zwiększania tolerancji na zawodnienie." W centrum uwagi znajduje się koniec-N białka (początek łańcucha aminokwasowego). Zmiana sekwencji aminokwasowej, czy to poprzez dodanie czy też usunięcie aminokwasów, prowadzi do pogorszenia się reakcji rośliny na niską dostępność tlenu. Normalne warunki aerobowe ułatwiają przyłączanie się RAP2.12 do błony komórkowej. Kiedy poziom tlenu spada, białko odrywa się od błony i akumuluje się w jądrze, gdzie może pełnić rolę czynnika transkrypcji i pobudzać konkretne geny. Zdaniem naukowców, kiedy tylko dostępność tlenu wzrasta do normalnego poziomu, RAP2.12 ulega szybkiemu rozpadowi, aby powstrzymać transkrypcję genów reagujących na stres. Podkreślają, że w przypadku roślin z ekspresją RAP2.12 ze zmodyfikowanym końcem-N, białko znajduje się w jądrze nawet przed początkiem stresu tlenowego. Zmodyfikowane białko nagromadziło w jądrze w momencie rozpoczęcia hipoksji, ale nie ulega rozpadowi, kiedy poziom tlenu wraca do normalnych warunków. Odkrycie uzupełnia rola reguły końca-N. "Zgodnie z regułą końca-N pierwszy aminokwas białka określa jego długość życia" - zauważa współautor i kierownik zespołu Joost van Dongen z Instytutu Fizjologii Molekularnej Roślin im. Maxa Plancka w Niemczech. "Istnieją aminokwasy stabilizujące i destabilizujące. Nasze odkrycie RAP2.12 jako głównego elementu mechanizmu wyczuwania tlenu roślin, otwiera interesujące możliwości zwiększania tolerancji upraw na zawodnienie." Około 10% gruntów ornych na świecie ulega co roku tymczasowemu zawodnieniu.Więcej informacji: Instytut Fizjologii Molekularnej Roślin im. Maxa Plancka: http://www-en.mpimp-golm.mpg.de/00-news/index.html Nature: http://www.nature.com/
Kraje
Niemcy, Włochy, Niderlandy