Vědci z UC Riverside výrazně pokročili v závodě v řízení reakcí rostlin na teplotu na rychle se oteplující planetě. Klíčem k tomuto průlomu je miRNA, molekula téměř 200,000 XNUMXkrát menší než šířka lidského vlasu.
S mírným zvýšením teploty rostliny rostou vyšší, aby se vyhnuly teplejší zemi a získaly čerstvější vzduch. Přelomová studie zveřejněná v časopise Nature Communications ukazuje, že pro tento růst je nutná mikroRNA nebo miRNA. Studie také identifikuje, která miRNA molekuly—z více než 100 možností — jsou ty zásadní.
"Zjistili jsme, že bez miRNA rostliny neporostou, i když zvýšíme teploty, a to ani v přítomnosti přidaných růstových hormonů," řekl profesor botaniky UCR a spoluautor studie Meng Chen.
RNA je nukleová kyselina přítomná ve všech živé buňkya jeho úlohou je fungovat jako posel nesoucí instrukce z buněčné DNA pro vytvoření různých proteinů. MikroRNA je také nezbytná pro zdravý vývoj v biologických buňkách. Je vytvořen, aby se navázal na konkrétní cíl RNA a zabránil tomuto cíli vytvořit to, k čemu byl navržen.
"MiRNA inhibuje produkci své cílové RNA indukcí štěpení ve svém cíli nebo inhibicí své cílové RNA v překládání do jiného proteinu," řekl profesor botaniky UCR a spoluautor studie Xuemei Chen.
Laboratoř Xuemei Chena v UCR pomohla objevit miRNA v rostlinách. Laboratoř Meng Chena dříve identifikovala složky, které se podílejí na raných fázích teplotní citlivosti rostlin. Obě skupiny vědců spojily své síly, aby zjistily, zda miRNA, která je tak významná v jiných formy života, také hraje roli v teplotních reakcích rostlin.
Pro tento test vědci sledovali pouze mírné zvýšení teploty z 21 na 27 stupňů Celsia. Pro srovnání, pokojová teplota je v průměru asi 20 C. „Nesledovali jsme stresové reakce. Chtěli jsme studovat snímání teploty, aniž bychom ji zvyšovali na úroveň, která by zabila rostliny,“ řekl Meng Chen.
Vědci vzali Arabidopsis, malou kvetoucí rostlinu příbuznou hořčici a zelí, a studovali mutantní formy s velmi nízkými hladinami miRNA. Bez miRNA by mutantní Arabidopsis nemohl reagovat na změnu teploty růstem, jak by měl.
Pak provedli genetický experiment. "Zeptali jsme se, zda bychom mohli provést další mutace na mutantu Arabidopsis, který má nedostatek při tvorbě miRNA, a obnovit jejich schopnost snímat teplotu," řekl Xuemei Chen. Druhý experiment fungoval „dokonale“, řekla, a odhalil gen zodpovědný za obnovu hladin miRNA a také za schopnosti rostliny snímat teplo.
Dále tým čelil výzvě při hledání přesné miRNA zapojené do teplotní reakce. Arabidopsis vyrábí 140 molekul miRNA. Vědci předpokládali, že hladiny odpovědných molekul se budou zvyšovat s teplotami, ale nestalo se tak.
S připomenutím, že miRNA se váže na cílové molekuly RNA a vypíná je, se tým místo toho podíval na hladiny cílových molekul RNA, které byly odlišné v původní mutantní rostlině Arabidopsis a ve druhé mutantní rostlině, kterou vytvořili.
"Když se na to podíváme, zjistili jsme, že se změnily cíle 14 miRNA a vedle cílů jsme našli také miRNA," řekl Xuemei Chen.
Poté, co tým identifikoval správné molekuly miRNA, nakonec dal dohromady komplexní obrázek teplotní odezvy. Zahrnuje dvě základní části: molekuly, které snímají teplotu, a auxin, hormon, který umožňuje reagovat na to, co bylo vnímáno, podporou růstu rostlin.
"Mezi senzorem a respondérem je miRNA." Bez něj mohou rostliny cítit teplo, ale nemohou na něj reagovat růstem. Je to strážce brány, který může vypnout – nebo umožnit – závodům, aby se vypořádaly se změnami okolní teploty,“ řekl Meng Chen.
Během svých experimentů tým zjistil, že miRNA je také nutná pro reakci rostlin na odražený stín od sousedních rostlin.
„Náš objev spojil tečky mezi třemi prvky, které se nacházejí ve všech rostlinách a které jsou pro ně klíčové reakce rostlin do jejich prostředí,“ řekla Meng Chen. "To zahrnuje senzory, které monitorují změny teploty a světla, hormony, které řídí růst rostlin, a miRNA, která řídí vývoj rostlin."
Vědci doufají, že jejich zjištění mohou být použita ke zvýšení výnosů plodin, jak se mění klima.
„Potenciál je v tom, že toho využijeme k manipulaci reakcí rostlin na místní teplota a světelné podmínky a řídit jejich růst v různých prostředích,“ řekl Meng Chen.