Der er opnået planter, hvor det er muligt at "tænde" tolerancemodusen • Yuliya Kondratenko • Videnskabsnyheder om "Elements" • Bioteknologi, Botanik, Genetik

Der er opnået planter, hvor det er muligt at “tænde” tolerance-tilstanden

Fig. 1. Arabidopsis thaliana normal (WT, vildtype) og modificeret, overført til vandbesparende tilstand (PYR1MANDI) efter en lille hjemmelavet tørke. Billede fra artiklen i diskussionnatur

Med mangel på vand producerer planter en phytohormon – abscisinsyre (ABA) – der ændrer generens aktivitet, idet planten sættes i økonomi. Men dette hormon er dyrt ved at få og hurtigt nedbrydes. Forskere har skabt en variant af receptoren, som i stedet for ABA aktiveres af et kemikalie, der allerede anvendes i landbruget og er harmløst for mennesker. I planter med en sådan receptor kan tørretolerance tændes, når det er nødvendigt.

Planter er følsomme for vandmangel: de producerer en phytohormon kaldet abscisinsyre (ABA), som ændrer generens aktivitet, og sætter planten i vandbesparende tilstand. I dette tilfælde nedsætter planten lumen af ​​stomata i bladene, så det taber mindre vand på grund af fordampning.

For landbruget vil det være meget bekvemt at sætte denne proces under kontrol, så værdifulde planter kunne have aktiveret vandsparetilstanden på forhånd, selv før planten begynder at mærke virkningerne af tørke.Det nemmeste ved første øjekast er en måde at hjælpe planter med at håndtere tørke på at sprøjte dem med en abscisinsyreopløsning. Syntese af dette stof er imidlertid dyrt, og derudover dekomponerer det hurtigt.

En gruppe forskere fra University of California at Riverside og Wisconsin Medical College i Milwaukee lykkedes for nylig at finde en anden "nøgle" for at starte tørke tolerance mode. De fandt ud af, at et molekyle af et stof kaldet quinabactin (quinabactin) også kan introducere planter i en vandbesparende tilstand (M. Okamoto et al., 2013. Aktivering af dimeriske ABA-receptorer) . Denne forbindelse har imidlertid endnu ikke undergået en række sikkerhedsprøver.

Så besluttede forskerne at gå på den tredje måde at opnå kontrol over planters vandregime – for at gøre de forbindelser, der allerede er brugt i landbruget, hvis sikkerhed er bevist, samtidig med at man starter vandrensningstilstanden af ​​planter (S. Park et al., 2015. Agrochemical Control brug af plantevand ved brug af manipulerede abscis-syrereceptorer). Moderne bioteknologi er allerede helt muligt at gennemføre sådanne ideer. De besluttede at modificere abscisinsyre-receptorproteinet, således at det ikke binder sig til ABA, men til et kemikalie, der allerede anvendes i landbruget.For at opnå dette modtog de et sæt modificerede receptorer med alle mulige aminosyresubstitutioner i regionen af ​​proteinet, der binder abscisinsyremolekylet. Nogle af disse muterede proteiner binder godt til kemiske molekyler. Forskere bekræftede også, at de modificerede receptorer efter binding af det kemiske molekyle er i stand til at udløse den første reaktion af kaskade, hvilket sætter anlægget i vandbesparende tilstand. I naturen bliver receptoren ved at binde et syre molekyle i stand til at "slukke" proteinet, hvilket forhindrer reaktionskaskaden i at starte. Nogle af de modificerede receptorer modtog også denne evne, efter at de havde bundet molekyler af visse kemikalier.

De udvalgte receptorvarianter blev modificeret lidt mere, hvilket resulterede i en proteinvariant, der med god effektivitet udløste en vandbesparende tilstand som reaktion på bindingen af ​​mandipropamidmolekylet. Mandipropamid – et stof, der aktivt anvendes i landbruget for at bekæmpe svampeplante sygdomme. Forskere har fået receptorer, der ved hjælp af mandipropamid kunne udløse det første trin i en reaktionskaskade, der "tændes" for vandbesparende tilstand.(Den "vilde" version af receptoren i planter blev ligeledes tilbage, men derudover indsatte de et gen af ​​en modificeret receptor, der reagerer på mandipropamid, så planterne har evnen til at reagere på tørke selv.) Nu måtte vi sørge for, at alt dette ville fungere i reel forhold.

Forskere har introduceret gener for mandipropamid-modificeret receptor i planter Arabidopsis thaliana – En klassisk genstand for genetiske forsøg. Det viste sig, at i et sådant modificeret plante, under action af mandipropamid, lanceres det samme sæt gener som i de "vilde" planter behandlet med abscisinsyre. Det var nødvendigt at kontrollere, om stomata lukker i modificerede planter under action af mandipropamid.

Ændringer i stomatalumen i planter påvises på en interessant indirekte måde – ved bladtemperatur. Fordampningen af ​​vand gennem stomata reducerer bladernes temperatur, og hvis stomata er dækket, falder fordampningen af ​​vand og bladernes temperatur stiger. Forskere var overbeviste om, at temperaturen af ​​bladene af de opnåede modificerede planter, når man behandler mandipropamid, stiger (fig. 2). Så, mandipropamid reducerede stoma clearance på bladene – det er, tvunget planterne til at spare vand.

Fig. 2. Ændringer i bladernes temperatur og dermed fordampning af vand i planter Arabidopsis thaliana (en), og også i tomater (b). WT (vildtype) – "vilde planter"; PYR1MANDI – planter med en receptor, udløsende vandbesparende tilstand, aktiveret mandipropamid + Mandi – planter behandlet med en opløsning af et kemikalie Mock – ikke behandlet. Billede fra artiklen i diskussion natur

Det var nødvendigt at kontrollere, om sådanne planter tolererer tørke bedre. Hertil kommer, at vildplanter samt planter med en modificeret receptorvariant, der reagerer på mandipropamid, ikke er blevet vandet i 10-12 dage. Men inden de startede en sådan test, såvel som på den tredje dag, blev de behandlet med mandipropamidopløsning. Efter en sådan improviseret tørke såede planter, der var i stand til at komme ind i vandbesparende tilstand under virkningen af ​​mandipropamid, meget bedre end resten (figur 1). Således har forskere opnået deres mål. De var i stand til at etablere kontrol over plantens vandregime ved hjælp af et stof, der allerede er aktivt anvendt i landbruget.

udover Arabidopsis thalianaForskere opnåede også "forvaltede" tomatplanter, som kan gøres resistente over for vandmangel som et eksempel på en plante, som er gavnlig for husstanden.I dette arbejde formåede forskerne ikke kun at "tæmme" det naturlige system for at beskytte planten mod stress, men også lægge den under kontrol af molekyler, der allerede er brugt i landbruget. Generelt vil en persons evne til at opfylde sine planer fortsætte med at udvide.

kilder:
1) Masanori Okamoto, Francis C. Peterson, Andrew Defries, Sang-Youl Park, Akira Endo, Eiji Nambara, Brian F. Volkman og Sean R. Cutler. ABA-receptorer fremkalder vagtcelle, ABA-reguleret genekspression og tørke tolerance // Forfølgning af Amerikas Forenede Stater. 2013. V. 110. P. 12132-12137.
2) Sang-Youl Park, Francis C. Peterson, Assaf Mosquna, Jin Yao, Brian F. Volkman & Sean R. Cutler. Agrokemisk kontrol af brug af plantevand ved anvendelse af manipulerede abscisinsyre receptorer // natur. Udgivet online 04 februar 2015. Doi: 10.1038 / nature14123.

Yulia Kondratenko


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: