Τα φυτά επαναπρογραμματίζουν τα κύτταρά τους για να καταπολεμήσουν τους εισβολείς

[Eiriini]

Στον πραγματικό κόσμο των ανθρώπων Σε περιόδους πολέμου, τα εργοστάσια ανακατασκευάζονται για να υποστηρίξουν τις ανάγκες της μάχης. Οι γραμμές συναρμολόγησης αλλάζουν πορεία από την παραγωγή εξαρτημάτων αυτοκινήτων σε πολυβόλα ή από την κατασκευή πλυντηρίων ρούχων σε κινητήρες αεροσκαφών.

Και σύμφωνα με τον καθηγητή του Πανεπιστημίου Duke, Xinnian Dong, τα φυτά μπορούν επίσης να αλλάξουντον τρόπο λειτουργίας τους, δηλαδή όταν βρίσκονται σε φυσιολογικές συνθήκες να είναι σε κατάσταση Ειρήνης και όταν δέχονται επίθεση να αναπτύξουν άμυνες για να ανταπεξέλθουν στον πόλεμο που δέχονται.

Οι καλλιέργειες και άλλα φυτά δέχονται συχνά επίθεση από βακτήρια, ιούς και άλλα παθογόνα. Όταν ένα φυτό αισθάνεται μια μικροβιακή εισβολή, κάνει ριζικές αλλαγές στη χημική σούπα των πρωτεϊνών-τα μόρια της ζωής-μέσα στα κύτταρά του .

Τα τελευταία χρόνια, η Dong και η ομάδα της συνδυάζουν πώς το κάνουν. Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Cell , ο Dong και ο πρώτος συγγραφέας Jinlong Wang αποκαλύπτουν τα βασικά συστατικά στα φυτικά κύτταρα που επαναπρογραμματίζουν τον μηχανισμό παραγωγής πρωτεϊνών τους για την καταπολέμηση των ασθενειών.

Κάθε χρόνο, περίπου το 15% της απόδοσης των καλλιεργειών χάνεται από βακτηριακές και μυκητιακές ασθένειες, κοστίζοντας στην παγκόσμια οικονομία περίπου 220 δισεκατομμύρια δολάρια. Τα φυτά βασίζονται στο ανοσοποιητικό τους σύστημα για να τα βοηθήσουν να αντισταθούν, είπε ο Dong.

Σε αντίθεση με τα ζώα, τα φυτά δεν έχουν εξειδικευμένα ανοσοκύτταρα που μπορούν να ταξιδέψουν μέσω της κυκλοφορίας του αίματος στο σημείο της μόλυνσης. κάθε κύτταρο του φυτού πρέπει να μπορεί να σταθεί και να παλέψει για να αμυνθεί, μεταβαίνοντας γρήγορα σε λειτουργία μάχης.

Όταν τα φυτά δέχονται επίθεση, μετατοπίζουν τις προτεραιότητές τους από την ανάπτυξη στην άμυνα, έτσι τα κύτταρα αρχίζουν να συνθέτουν νέες πρωτεΐνες και καταστέλλουν την παραγωγή άλλων. Στη συνέχεια, «μέσα σε δύο έως τρεις ώρες τα πράγματα επιστρέφουν στο φυσιολογικό», είπε ο Dong.

Οι δεκάδες χιλιάδες πρωτεΐνες που παράγονται στα κύτταρα κάνουν πολλές εργασίες: καταλύουν αντιδράσεις, χρησιμεύουν ως χημικοί αγγελιοφόροι, αναγνωρίζουν ξένες ουσίες, μετακινούν υλικά μέσα και έξω. Για την κατασκευή μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης, γενετικές οδηγίες στο DNA που είναι συσκευασμένο μέσα στον πυρήνα του κυττάρου μεταγράφονται σε ένα μόριο αγγελιοφόρο που ονομάζεται mRNA. Αυτός ο κλώνος του mRNA κατευθύνεται στη συνέχεια στο κυτταρόπλασμα, όπου μια δομή που ονομάζεται ριβόσωμα «διαβάζει» το μήνυμα και το μεταφράζει σε πρωτεΐνη.

Σε μια μελέτη του 2017 , η Dong και η ομάδα της διαπίστωσαν ότι όταν ένα φυτό μολύνεται, ορισμένα μόρια mRNA μεταφράζονται σε πρωτεΐνες πιο γρήγορα από άλλα. Το κοινό που έχουν αυτά τα μόρια mRNA, ανακάλυψαν οι ερευνητές, είναι μια περιοχή στο μπροστινό άκρο του κλώνου RNA με επαναλαμβανόμενα γράμματα στον γενετικό του κώδικα, όπου οι βάσεις νουκλεοτιδίων αδενίνη και γουανίνη επαναλαμβάνονται ξανά και ξανά.

Στη νέα μελέτη, ο Dong, ο Wang και οι συνεργάτες του δείχνουν πώς αυτή η περιοχή λειτουργεί με άλλες δομές μέσα στο κύτταρο για να ενεργοποιήσει την παραγωγή πρωτεϊνών «εν καιρώ πολέμου».

Έδειξαν ότι όταν τα φυτά ανιχνεύουν μια επίθεση παθογόνου, αφαιρούνται οι μοριακές ενδείξεις που σηματοδοτούν το συνηθισμένο σημείο εκκίνησης για να προσγειωθούν τα ριβοσώματα και να διαβάσουν το mRNA, κάτι που εμποδίζει το κύτταρο να δημιουργήσει τις τυπικές πρωτεΐνες «σε καιρό ειρήνης».

Αντίθετα, τα ριβοσώματα παρακάμπτουν το συνηθισμένο σημείο εκκίνησης για μετάφραση, χρησιμοποιώντας την περιοχή των επαναλαμβανόμενων As και Gs εντός του μορίου RNA για σύνδεση και αρχίζουν να διαβάζουν από εκεί.

«Βασικά κάνουν μια συντόμευση», είπε ο Dong.

Για τα φυτά, η καταπολέμηση της μόλυνσης είναι μια πράξη εξισορρόπησης, είπε ο Dong. Η διάθεση περισσότερων πόρων για την άμυνα σημαίνει λιγότερα διαθέσιμα για φωτοσύνθεση και άλλες δραστηριότητες στον τομέα της ζωής. Η παραγωγή πάρα πολλών αμυντικών πρωτεϊνών μπορεί να προκαλέσει παράπλευρες βλάβες : φυτά με υπερδραστήριο ανοσοποιητικό σύστημα υποφέρουν από καθυστερημένη ανάπτυξη.

Κατανοώντας πώς τα φυτά επιτυγχάνουν αυτή την ισορροπία, είπε ο Dong, οι επιστήμονες ελπίζουν να βρουν νέους τρόπους για να δημιουργήσουν καλλιέργειες ανθεκτικές στις ασθένειες χωρίς συμβιβασμούς στην απόδοση.

Η ομάδα του Dong έκανε το μεγαλύτερο μέρος των πειραμάτων της σε ένα φυτό που μοιάζει με μουστάρδα που ονομάζεται Arabidopsis thaliana. Ωστόσο, παρόμοιες αλληλουχίες mRNA έχουν βρεθεί και σε άλλους οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένων των φρουτόμυγων , των ποντικών και των ανθρώπων, επομένως μπορεί να διαδραματίσουν ευρύτερο ρόλο στον έλεγχο της πρωτεϊνικής σύνθεσης σε φυτά και ζώα, είπε ο Dong.