גנים של LSH הקשורים להגדרת צורות הגבעולים, הפרחים והעלים הנדרשים לגושים שורשיים המקבעים N

פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות


מדענים מקיימברידג' זיהו שני גורמים גנטיים חיוניים הדרושים לייצור איברי שורש מיוחדים שיכולים להכיל חיידקים מקבעים חנקן בקטניות כמו אפונה ושעועית.

פרסומת

בתפנית מפתיעה, מווסת ההתפתחות המעניקים את הזהות של האיברים הללו – הידועים בשם גושים – שייכים למשפחת גורמי שעתוק הקשורים יותר להגדרת צורות של גבעולים, פרחים ועלים. גורמים אלה נשמרים באופן נרחב בצמחים, מה שמעיד על התפקוד המציין את הגושים בקטניות הוא חידוש עדכני יותר.

התגלית המשמעותית הזו מקרבת אותנו צעד אחד יותר להנדסה פוטנציאלית של גידולי דגנים שאינם קטניות כמו חיטה, אורז ותירס כדי לפתח איברי שורשי שורש לארח חיידקים מקבעים חנקן ולהפחית את ההסתמכות שלנו על דשני חנקן תעשייתיים המיוצרים באמצעות תהליך האבר בוש שצורך אנרגיה.

מחקר אחרון זה, בראשות ד"ר קתרינה שיסל, עמית לפיתוח קריירה באוניברסיטת סיינסברי במעבדת קיימברידג' (SLCU), מתבסס על הממצאים הקודמים שלה שאותה תוכנית גנטית העומדת בבסיס התפתחות שורש לרוחב עומדת גם בבסיס התחלת גושים בשורש.

התגלית של ד"ר שיסל לוקחת אותנו צעד קדימה בנתיב ההבנה כיצד נוצר הקשר הסימביוטי הזה בין חיידקי קרקע מועילים וקטניות וכיצד הוא נשמר כדי לתמוך בקיבוע חנקן ביולוגי. ועם הגילוי שקטניות ממחזרות תוכניות גנטיות המשמשות מינים רבים של צמחים, כולל דגנים, המשימה ההנדסית עלולה להיות הרבה פחות מסובכת.

פורסם ב ביולוגיה נוכחית"גנים היפוקוטילים קצרים רגישים לאור מקנים זהות גושים סימביוטיים בקטניה Medicago truncatula"היה שיתוף פעולה בין מדענים שעבדו ב-SLCU, מרכז מדעי היבול, מרכז ג'ון אינס, אוניברסיטת פרייבורג, אוניברסיטת מדינת אוקלהומה והגנים הבוטניים המלכותיים, קיו.

המחקר שלהם זיהה שני גורמים גנטיים, בשם LIGHT-SENSITIVE SHORT HYPOCOTYL (LSH1/LSH2), מקדמים את הייצור של תאי שורש מיוחדים הנדרשים כדי להפוך את מבנה הגושים המתפתח לבית מתאים לחיידקים מקבעי חנקן – המעניקים זהות של איבר הגושים.

"אנו מראים שני חברים ממשפחת גורמי התעתוק LIGHT SENSITIVE SHORT HYPOCOTYL (LSH) מתפקדים כמווסתים של זהות איברי הגושים", אמר ד"ר Schiessl. "LSH1/LSH2 מגייסים תוכנית ברקמת שורש הנקראת קליפת המוח שמקלה על היווצרות של קבוצת תאים הניתנים למגורים על ידי החיידקים בשלב מוקדם במהלך התפתחות הגושים. ברמה המולקולרית, הדבר כרוך בעיכוב ברירת המחדל של תוכנית השורש לרוחב, שליטה על הדינמיקה של ההורמונים הצמחיים אוקסין וציטוקינין, וקידום הביטוי של מווסתי זהות איברי הגוש המפתח שזוהו בעבר NODULE ROOT1/2 ו- Nuclear Factor Y-A1."

לסיכום, המחקר מראה שניתן לתכנת מחדש את רקמות השורש על ידי תוכניות ירי קיימות, וכולל מודל מוצע למפרט של התפתחות גושים: הפעלת ציטוקינין של ביטוי NIN יוזמת את הפרימורדיום של הגוש באמצעות אינדוקציה של LBD16, אשר מפעילה ביו-סינתזה מקומית של אוקסין להנעה. חלוקות תאים באופן הדומה להתחלת שורש לרוחב. הפעלה של גנים של LSH מעניקה אז זהות של איבר גושים.

"הממצא הזה לפיו קטניות רותמות מווסתים התפתחותיים קיימים ורשתות המורד הזרם הקשורות אליהם כדי ליצור איברים ייעודיים עם צורות ותפקודים חדשים חיוניים להנדסה עתידית של קיבוע חנקן ביולוגי", אמר ד"ר שיסל".

קבוצת המחקר החדשה של ד"ר Schiessl שהוקמה ב-SLCU ממשיכה לחקור את המסלולים הרגולטוריים והתהליכים התאיים של התפתחות איברים הנגרמת על ידי קולוניזטור, חוקרת קשרי שורש סימביוטיים ומרה טפילית.

הענקת זהות איברי שורש סימביוטיים

הלינה של חיידקים מקבעי חנקן היא אנדוזימביוטית, בתוך תאים מיוחדים בגוש השורש ודורשת שלושה תהליכים מרכזיים: 1) הכרה של החיידקים כחברים, 2) פלישתם הידידותית דרך חוט זיהום הנמתח משיער השורש לרקמה הפנימית. שכבות השורש, ו-3) הלינה של החיידקים המקבעים חנקן בתוך שלפוחיות של תאים מיוחדים בגוש.

האינטראקציה הסימביוטית מתחילה בחילופי אותות מתוחכמים מאוד המאפשרים פלישה ידידותית של החיידקים דרך שערות השורש ואל שכבות הרקמה הפנימיות שבהן החיידקים פוגשים את קבוצת התאים שהתחלקו לאחרונה שהתמחו לקלוט את החיידקים בתוך השלפוחיות. עם תנאים מתאימים לקיבוע חנקן ביולוגי — הפיכת חנקן באוויר לאמוניה, צורה זמינה בצמחים של חנקן.

בעוד שגושי שורש סימביוטיים הם מבנים מיוחדים המושרים בתגובה לחיידקי קרקע מקבעים חנקן בשורשי הקטניות, החוקרים מצאו רשת מחדש של מסלולי התפתחות קיימים עם תפקודים משומרים שנצפו באיברי יורה מעל הקרקע של קטניות ושל קטניות. צמחים שאינם קטניות היו מעורבים בהענקת זהות של גוש שורש.

זה דומה למחקר הקודם של ד"ר Schiessl שמצא שצמחים ממחזרים תוכנית גנטית המשמשת בהתחלת שורשים לרוחב כדי ליזום גם קשרי שורשים. מחקר חדש זה זיהה את התוכנית הגנטית LSH1/LSH2, המוכרת כמעורבת במריסטמים של יריות וגבולות איברים בעלים ופרחים, מגויסת בשורשים כדי להעניק זהות גושים.

החוקרים אישרו שגנים של LSH מתפקדים כמווסתים ומשלבים מרכזיים של זהות איברי הגושים ומבדילים בין גושים לשורשים לרוחב על גבי תוכנית ההתחלה המשותפת דמוית שורש לרוחב.

"הראינו כי LSHs מקדמים ישירות חלוקות תאים בקליפת השורש התומכות בהתיישבות חיידקים ומקדמים ביטוי של הגנים לזהות איברי הגושים שזוהו והידועים בעבר NOOT1/NOOT2 ו-NF-YA1", אמר ד"ר Schiessl."



קישור לכתבת המקור – 2024-02-01 19:17:25

Facebook
Twitter
LinkedIn
Telegram
WhatsApp
Email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות

עוד מתחומי האתר

זמרי אופרה צריכים להשתמש בגבולות הקיצוניים של טווח הקול שלהם. מקורות פדגוגיים ומדעיים רבים מצביעים…