Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
"Klimatyczne" miRNA
23.09.2013 , Tagi: miRNA, zmiany klimatyczne, CO2
"Klimatyczne" miRNA
Eksperymenty dotyczące mechanizmów, dzięki którym rośliny odpowiadają na zmiany stężenia dwutlenku węgla w atmosferze i temperatury, pozwoliły na odkrycie znaczących informacji dla dalszych badań nad klimatem. To, w jaki sposób rośliny przystosowują się do podwyższonego poziomu dwutlenku węgla i wyższej temperatury wpływa na ekspresję genów roślin, które zaczynają odmiennie kontrolować czas kwitnienia i proliferację komórek organizmu. Naukowiec Qiong A. Liu z Department of Biochemistry and Cell Biology at Stony Brook University odkryła, od czego zależy to zjawisko.

 

zmiana klimatuPodwyższenie poziomu CO2 w atmosferze wzmocniło efekt cieplarniany i dało skutki w postaci zmian klimatycznych. Niestety jest to nieuniknione przy obecnej gospodarce klimatycznej. Zmiany takie wpływają także na rośliny na poziomie komórkowym. Nie było wiadome dotąd jak do tego dochodzi. By odkryć odpowiedź, Liu skupiła się na badaniu wspomnianego wpływu oraz tego, jak każdy z parametrów oddziaływał na funkcjonowanie tzw. małych RNA u Arabidopsis thaliana. Ta mała kwitnąca roślina była odpowiednim modelem między innymi dlatego, że potrzebuje jedynie 6 tygodni od kiełkowania do dojrzewania nowych nasion. Małe RNA są natomiast ważnymi regulatorami ekspresji genów u prawie wszystkich eukariotów. Ekspresja małych RNA może ulegać zmianie w odpowiedzi na stres środowiskowy. MikroRNA (miRNA) należą do jednego z dwóch typów małych RNA. Ich funkcją jest wyciszanie ekspresji genów, które regulują. Dlatego wzrost poziomu miRNA może redukować ekspresję poszczególnych genów. Od kiedy wiadomo, że geny docelowe dla miRNA są zwykle ważnymi regulatorami w specyficznych szlakach biologicznych, identyfikacja miRNA, których poziom ulega fluktuacjom w związku ze stresem środowiskowym stała się niezwykle ważna. Stresem takim może być podwyższone stężenie CO2  lub wysoka temperatura. Badania nad tymi zjawiskami mogą umożliwić naukowcom identyfikację biologicznych szlaków zaangażowanych w regulację fenotypową roślin w odpowiedzi na zmiany środowiskowe.


dym i nieboBadania przeprowadzone przez Liu i jej współpracowników to pierwsza praca poświęcona małym RNA w ujęciu zmian klimatycznych. Dwutlenek węgla nie został dotąd opisany jako związek regulujący ekspresję małych RNA. Jeśli chodzi o związane z temperaturą badania małych RNA, podobne były wcześniej przeprowadzone, ale jedynie w temperaturach niskich lub zamarzania. A należy zauważyć, że optymalna temperatura dla Arabidopsis to 23 st. C. Zespół badawczy na czele z Liu odkrył, że 3 – 6 stopniowy wzrost temperatury w porównaniu do temperatury optymalnej reguluje inny zestaw miRNA niż w przypadku wystąpienia stresu chłodu. Zestaw ten natomiast pokrywa się prawie w całości z miRNA reagującymi na podwyższony poziom dwutlenku węgla.


Przy użyciu nowej generacji sekwencjonowania w powiązaniu ze statystycznymi i przeliczeniowymi analizami, Liu i jej zespół badawczy dostarczyli jako pierwsi profilowania całego genomu, który demonstrował, że podwyższone stężenie CO2 atmosferycznego i temperatury, w zakresie jaki pojawi się w kolejnych latach, może zmienić ekspresję 4 funkcjonalnych grup miRNA. Do miRNA tych należą: cząsteczki kontrolujące czas kwitnienia, odpowiadające za podziały komórkowe i proliferację, regulujące odpowiedzi na stres oraz przypuszczalnie zawiadujące syntezą węglowodanów strukturalnych ściany komórkowej. Liu również opracowała pracę o tym, jak podwyższony poziom dwutlenku węgla oddziałuje na metylację DNA, co jest kolejnym mechanizmem regulatorowym, kontrolującym ekspresję genów i stabilność genomu.


krajobraz lato, jasnePrzeprowadzone przez grupę naukowców z Department of Biochemistry and Cell Biology at Stony Brook University badania stały się punktem wyjściowym do innych eksperymentów. Ponadto wymogły powstanie wielu pytań w zakresie genetyki, procesów regulatorowych, klimatu i zmian globalnych. Liu ma nadzieję, że znajdzie odpowiedzi poprzez postępy doświadczeń. Jak dotąd bowiem przetestowano rośliny podczas reakcji na zmiany stężenia CO2 i wahania temperatury o 3 – 6 st. C. Zespół planuje uzyskanie danych dla większego zakresu stężeń dwutlenku węgla i warunków temperaturowych. W dodatku ważne będzie zrozumienie jak te warunki oddziałują na ekspresję miRNA w kilku innych tkankach, na przykład w korzeniu, kiełkach, tkance kwiatów, w różnych stadiach rozwoju. Ponadto dalsze genetyczne badania dotyczące identyfikacji miRNA rzucą nowe światło na to, jak ich ścieżki regulatorowe funkcjonują w czasie adaptacji do zmian klimatycznych. Badaczka obecnie testuje jak konkretne kombinacje warunków podwyższonego stężenia CO2 i podwyższonej temperatury oddziałują na ekspresję miRNA. Są to ważne eksperymenty ukazujące, że te 2 parametry wpływają na ekspresję różnych miRNA. Doświadczenia takie mają znaczenie z uwagi na to, że realne zmiany klimatyczne faktycznie dotyczą obu wymienionych parametrów. 


Otrzymane wyniki świadczą o tym, że pod wpływem globalnych warunków cieplnych, plonowanie roślin i produkcja biomasy może ulec zmianie poprzez zmiany w ekspresji określonych miRNA. Biorąc pod uwagę, że prawie wszystkie z tych miRNA są konserwatywne u wielokomórkowych gatunków, identyfikacja poszczególnych miRNA dostarczy informacji dla badań nad poprawa wydajności roślin. Szczególne znaczenie będą miały eksperymenty na roślinach ekonomicznie ważnych. A badania takie być może wyjdą naprzeciw zbliżającym się wyzwaniom globalnego ocieplenia. 

 

Źródła

http://phys.org/news/2013-08-perspective-climate.html 

"Fizjologia roślin" (2007) Kopcewicz J, Lewak S. Wydawnictwo Naukowe PWN

KOMENTARZE
Newsletter