En ny rolle for et velkendt molekyle som plantehormon

En ny rolle for et velkendt molekyle som plantehormon
En ny rolle for et velkendt molekyle som plantehormon
Anonim

Forskere ved University of Maryland (UMD) har opdaget en helt ny rolle for et velkendt plantemolekyle kaldet ACC, der giver det første klare eksempel på, at ACC optræder i sig selv som et sandsynligt plantehormon. Ligesom hos mennesker og dyr bærer hormoner i planter beskeder om at signalere og udløse væsentlige processer for plantesundhed og funktionalitet, fra reproduktion til forsvar. Uden disse processer kan afgrøder ikke formere sig og trives for at give den mad, vi har brug for til at brødføde en voksende global befolkning.

I en ny publikation i Nature Communications viser forskere, at ACC har en afgørende rolle i bestøvning og frøproduktion ved at aktivere proteiner, der ligner dem, der er involveret i nervesystemets reaktioner hos mennesker og dyr. Disse resultater kunne ikke kun ændre lærebøger, der tidligere har tilskrevet planters reaktioner til hormonet ethylen i stedet for ACC, men kan også åbne døren for ny forskning til forbedring af plantesundhed og afgrødeudbytte.

"Der er flere nye ting om dette papir," forklarer Caren Chang, UMD. "Men hovedeffekten er, at den introducerer en ny plantevækstregulator eller plantehormon sammen med en lille håndfuld andre publikationer. Det er ikke et nyligt identificeret molekyle, men det er aldrig før blevet tænkt som et plantehormon, kun som forstadiet til ethylen."

Chang, professor i cellebiologi og molekylær genetik og tilknyttet professor i plantevidenskab og landskabsarkitektur støttet af Maryland Agricultural Experiment Station (MAES), forklarer, at ethylen er et af de fem vigtigste plantehormoner og er blevet undersøgt i over et århundrede. Det er vigtigt for mange processer, der er afgørende for plantesundhed og afgrødeproduktion, herunder frugtmodning, stressreaktioner på oversvømmelser og tørke, plantesygdomsforsvar, spiring og blomstring.

"I meget af forskningen er ACC blevet brugt i stedet for ethylen, velvidende at det er en forløber, som planter omdannes til ethylen. Dette skyldes, at ACC er let at arbejde med i pulverform og endda kan sprøjtes på anlægget, men at arbejde med ethylen er meget vanskeligt, fordi det er en gas. Så forskere har brugt ACC i årtier i stedet for ethylen, og litteraturen ville fortolke de observerede reaktioner som ethylen-reaktioner. Hvad vores artikel viser er, at en ACC-reaktion er ikke nødvendigvis et ethylenrespons. Selvom ethylen er et vigtigt plantehormon med sit eget sæt funktioner, kan nogle af disse responser, der er blevet tilskrevet ethylen gennem ACC, faktisk være separate ACC-responser, der fungerer som en vækstregulator eller hormon i sig selv."

Denne konstatering åbner døren for, at mange artikler på tværs af årtiers forskning, såvel som lærebøger og fremtidig undervisning om plantehormonresponser, kan revideres i tilfælde af, at ACC faktisk udløser vigtige planteprocesser, som tidligere blev tilskrevet ethylen.

Ifølge Chang præsenterer papiret også fremskridt inden for plantereproduktion. "I plantereproduktionsområdet er der mange trin, der er kritiske i bestøvningen, og et af disse trin kræver, at pollen når æggene for faktisk at producere et frø," siger Chang. "Vores papir viser, at ACC-signalering i ægløsningen er involveret i at få pollenrøret til at dreje og effektivt levere pollenet, hvilket gør det essentielt for frøproduktionen. Det er formentlig det første eksempel, der viser, hvordan moderens ægløsningsvæv faktisk hjælper med at tiltrække pollenrøret.." Og det er ikke en lille effekt, understreger Chang. "Frøtallet fordobles stort set i nærvær af ACC. Der er potentiale her til at forbedre frøantallet, hvilket kan øge fødevareproduktionen i visse afgrøder og have en indvirkning på fødevaresikkerheden på lang sigt."

Anført af José Feijó, en anden professor i cellebiologi og molekylær genetik og tilknyttet professor i plantevidenskab og landskabsarkitektur, viser et andet vigtigt fund i denne artikel klare sammenhænge mellem menneskelige, dyre- og plantehormonsignalveje ved at identificere en potentiel receptor for ACC-aktivitet.

"Den mest interessante parallel er celle-celle-kommunikation," forklarer Feijó. "Dyreglutamatreceptorer er proteiner, som er nødvendige for, at information kan springe fra den ene neuron til den næste, enten gennem en elektrisk impuls eller gennem calciumsignalering, hvilket er essentielt for ting som hukommelse. Problemer i processerne medieret af glutamatreceptorer er kendt for at være relateret til neurodegeneration og depression."

Chang tilføjer: "Disse receptorer er blevet fundet i det menneskelige nervesystem, og neurovidenskabsmænd har studeret dem med henblik på udvikling af lægemidler til behandling af nervesystemproblemer som depression. De fandt ud af, at ACC faktisk kan påvirke nervesystemet hos mennesker. Så vi besluttede at lede efter de samme receptorer, kaldet glutamatlignende receptorer (GLR'er) i planter, for at se, om de reagerer på ACC i planter. Vi fandt ud af, at ACC faktisk også kan påvirke GLR'er i planter."

Dette fund åbner en helt ny vej for forskning i plantebiologi og peger på ligheder i planter og mennesker, som i øjeblikket ikke er godt forstået."I planter synes alle GLR'er at formidle funktioner relateret til kommunikation, enten for at bringe mandlige og kvindelige gener ind i et æg eller i patogen- eller stressvarslingssystemer og forsvar," siger Feijó.

"Nykommende tendenser tyder på, at GLR'er ligger til grund for langdistance elektrisk signalering gennem plantens karsystem, hvor skader på væv i et blad informerer hele planten om at skabe grimme stoffer for at afskrække insekter. Alle disse linjer synes at pege ind i eksistensen af elektrisk kommunikation inden for plantevæv og -organer, og at disse funktioner involverer GLR'er. Dette er en interessant parallel udvikling af en funktion for glutamatreceptorer, efterhånden som de udviklede sig til at blive forbundet med dyrets nervesystemer for at udføre lignende funktioner."

Med ACC som en ny kandidat, der aktiverer GLR'er og alle de nyopdagede roller, det spiller som plantehormon, er Chang og holdet spændte på, hvilken retning dette arbejde kan gå. "Der er stadig meget forskning, der skal laves for at se, hvordan det hele foregår og kan bruges i forskellige afgrøder, men al den nye forskning kan ske nu."

Populært emne.