Odkrywanie tajemnic szlaków sygnalizacyjnych roślin w kontekście ich systemów komunikacji wewnętrznej

WarsawNaukowcy z Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) odkryli nowy aspekt reakcji roślin na otoczenie. Dotychczas badania koncentrowały się głównie na wpływie zmian poziomu wapnia wewnątrz komórek roślinnych na ich reakcje na stres. Teraz odkryto, że zmiany ładunku elektrycznego na błonach komórkowych również odgrywają kluczową rolę w tych procesach.

Aby zbadać tę relację, naukowcy zmodyfikowali rośliny tytoniu, wprowadzając specjalne kanały jonowe zwane kanałorodopsynami. Te kanały, pochodzące z alg i drobnoustrojów, można było aktywować za pomocą określonych rodzajów światła. Dzięki temu naukowcy mogli kontrolować przepływ jonów wapnia do wnętrza komórek i anionów na zewnątrz, co pozwoliło lepiej zrozumieć procesy sygnalizacyjne.

Kluczowe spostrzeżenia z badań:

• Napotok wapnia oraz depolaryzacja błony pełnią ważne funkcje w odpowiedziach roślin na stres.
• Wypływ anionów, prowadzący do depolaryzacji błony, inicjuje reakcję na suszę poprzez produkcję hormonu roślinnego, kwasu abscysynowego (ABA).
• Z kolei napływ wapnia uruchamia mechanizmy obronne przeciwko drapieżnikom, co wiąże się z produkcją reaktywnych form tlenu (ROS).

Sukces tych badań zależał od pokonania kilku wyzwań technicznych:

1. Możliwość wykorzystania kanałorodopsyn do przetwarzania witaminy A pozyskiwanej z beta-karotenu z roślin.
2. Uprawa roślin pod czerwonym światłem LED, aby uniknąć przypadkowej aktywacji rodopsyn.
3. Optymalizacja kanałorodopsyn w celu uzyskania selektywnej przepuszczalności dla jonów wapnia i anionów.

Zobacz również:

Dzisiaj · 02:56

Owocowe fermentacje: kombucha w nowym wydaniu

W 2021 roku osiągnięto istotny postęp w zagadnieniach produkcji przez komórki roślinne kanałów aktywowanych światłem o wysokiej zawartości retinalu. Badania wykazały, że rośliny z kanałem przewodzącym wapń, channelrhodopsin XXM 2.0, oraz kanałem anionowym aktywowanym światłem, GtACR1, dobrze reagują w warunkach stresowych.

Odkrycia wskazują na ważne postępy w biologii roślin. Zrozumienie tych dwóch szlaków sygnalizacyjnych ma ogromny potencjał dla rolnictwa. Rośliny mogą być genetycznie modyfikowane, aby lepiej radzić sobie ze stresem środowiskowym i biologicznym. To zwiększy ich odporność na zmiany klimatyczne i zmniejszy potrzebę stosowania środków chemicznych. Wyjaśnienie sygnalizacji jonowej w roślinach toruje drogę do nowych badań nad poprawą odporności i wydajności roślin.

Odkrycia tego typu mogą pomóc nam zmodyfikować inne gatunki roślin, aby lepiej radziły sobie z różnymi warunkami stresowymi, czyniąc je bardziej przystosowanymi do rozmaitych środowisk. Naukowcy chętnie kontynuują badania w tej dziedzinie, przewidując, że odkryją bardziej szczegółowe informacje na temat biologii roślin, które mogą prowadzić do praktycznych postępów w rolnictwie.