February 23, 2024

Μια βουτιά στις μοριακές αποκρίσεις των φυτών τομάτας στο ψυχρό στρες

Ξεκλειδώνοντας τα μυστικά της ανοχής στο κρύο: μια βαθιά βουτιά στις μοριακές αντιδράσεις των φυτών τομάτας στο κρύο στρες

Η μεταγραφική απόκριση στο ψυχρό στρες καθοδηγείται σε μεγάλο βαθμό από την αλλαγή της ρυθμικής γονιδιακής έκφρασης. Πιστωτική: Έρευνα Οπωροκηπευτικών

Η ευαισθησία στο κρύο αποτελεί σημαντική πρόκληση για ορισμένες βασικές καλλιέργειες. Ενώ υπάρχουν ενδείξεις ότι αυτά τα φυτά μπορεί να διαθέτουν ικανότητες εγκλιματισμού στο κρύο, η μοριακή δυναμική, ιδίως που περιλαμβάνει την οικογένεια του CRT Binding Factor (CBF), δεν έχει διερευνηθεί πλήρως.

Μία από τις κύριες ανησυχίες ήταν η διαφορά στην ανοχή στο κρύο μεταξύ εύκρατων φυτών και τροπικών ειδών όπως οι ντομάτες. Επιπλέον, η συσσώρευση μικρών μεταβολιτών, που ονομάζονται κρυοπροστατευτικά, παίζει καθοριστικό ρόλο στο να επιτρέπει στα φυτά να αντιστέκονται σε ζημιές από χαμηλές θερμοκρασίες.

Στην πολυπλοκότητα προσθέτει το κιρκάδιο ρολόι του φυτού, το οποίο είναι δυνητικά συνυφασμένο με τον μηχανισμό απόκρισης στο κρύο. Καθώς ο κόσμος αντιμετωπίζει απρόβλεπτα καιρικά μοτίβα λόγω της κλιματικής αλλαγής, η κατανόηση αυτών των περίπλοκων διαδικασιών καθίσταται κρίσιμη για τη διαφύλαξη της υγείας των καλλιεργειών.

Τον Ιούλιο του 2023, Έρευνα κηπουρικής δημοσίευσε μια ερευνητική εργασία με τίτλο «Το ψυχρό στρες οδηγεί σε μεταγραφικούς καταρράκτες ειδικά για τα όργανα και μειώνει την ημερήσια ταλάντωση στην ντομάτα».

Αρχικά, οι ερευνητές εξέθεσαν σπορόφυτα ντομάτας ηλικίας 18 ημερών σε ψυχρή πίεση 4°C σε ZT2,5 (ZT = χρόνος έναρξης φωτός) και πραγματοποίησαν αναλύσεις φαινοτύπου στα 30 λεπτά, 90 λεπτά και τρεις ώρες. Η μεταγραφή του στελέχους λήφθηκε σε 30 λεπτά και τρεις ώρες μετά την επεξεργασία, ενώ η ρίζα λήφθηκε μόνο σε τρεις ώρες.

Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι όταν τα σπορόφυτα τομάτας εκτίθενται σε χαμηλές θερμοκρασίες, λαμβάνει χώρα εκτεταμένος μεταγραφικός επαναπρογραμματισμός τόσο στους οφθαλμούς όσο και στις ρίζες. Πρόσθετες έρευνες διαπίστωσαν ότι η έκφραση CCA1 Το γονίδιο επηρεάστηκε περισσότερο από τη θερμοκρασία παρά από τη συχνότητα του φωτός. Τα επίπεδα mRNA των γονιδίων που καταλύουν τη βιοσύνθεση τρεαλόζης, ραφινόζης και πολυαμινών σε φυτά που υποβλήθηκαν σε ψυχρή επεξεργασία αυξήθηκαν κατά μέσο όρο 10 φορές, υποδεικνύοντας μια αύξηση στη συσσώρευση αυτών των κρυοπροστατευτικών ως απόκριση στο ψυχρό στρες.

Για να προσδιοριστεί ο λειτουργικός εμπλουτισμός μεταξύ γονιδίων που αποκρίνονται στο κρύο διαφορικά εκφραζόμενα γονίδια (DEGs), πραγματοποιήθηκε ανάλυση εμπλουτισμού μονοπατιού της Εγκυκλοπαίδειας των Γονιδίων και των Γονιδιωμάτων του Κιότο (KEGG).

Οι αναλύσεις έδειξαν ότι πολλά γονίδια που εμπλέκονται στη φωτοσύνθεση, την ορμονική σηματοδότηση κ.λπ., προκαλούνται από το ψυχρό στρες. Υπό το ψυχρό στρες, η διαδικασία/μονοπάτι που επηρεάζεται περισσότερο στα κλαδιά των φυτών τομάτας είναι η οδός της φωτοσύνθεσης. Σε δείγματα που υποβλήθηκαν σε ψυχρή επεξεργασία, η λειτουργική αποτελεσματικότητα της φωτοσύνθεσης (PSII) άρχισε να αυξάνεται, αλλά καθώς η ψυχρή επεξεργασία συνεχιζόταν, παρά τη συνεχιζόμενη ανοδική ρύθμιση των γονιδίων που σχετίζονται με τη φωτοσύνθεση, το PSII εξακολουθούσε να μειώνεται.

Η σημαντική ανοδική ρύθμιση των περισσότερων γονιδίων του φωτοσυστήματος απέτυχε να αντισταθμίσει την καθαρή απώλεια φωτοσυνθετικής απόδοσης που προκαλείται από το στρες χαμηλής θερμοκρασίας. Η απώλεια πλάτους που παρατηρείται στα γονίδια του κεντρικού ρολογιού κατά τη διάρκεια του ψυχρού στρες πιθανότατα μεταβάλλει τη ρυθμική τους ρύθμιση. Επιπλέον, χρησιμοποιώντας ένα CBF3 νοκ-άουτ μεταλλαγμένο, η μελέτη αποκάλυψε ότι η CBF3 Δεν είναι απαραίτητο για την επαγωγή ορισμένων κρυοπροστατευτικών γονιδίων βιοσύνθεσης υπό ψυχρή καταπόνηση στην ντομάτα.

Συνοπτικά, αυτή η μελέτη παρέχει μια ολοκληρωμένη άποψη του πολύπλοκου μεταγραφικού τοπίου των δενδρυλλίων τομάτας που υπόκεινται σε ψυχρή καταπόνηση, τονίζοντας τόσο τα μοναδικά χαρακτηριστικά της ντομάτας όσο και τους κοινούς μηχανισμούς μεταξύ των φυτικών ειδών. Η διαπλοκή της απόκρισης στο κρύο και της κιρκαδικής ρύθμισης υπογραμμίζει την πολύπλευρη φύση των αποκρίσεων των φυτών στους περιβαλλοντικούς στρεσογόνους παράγοντες.

Περισσότερες πληροφορίες:
Η Tina Agarwal et al, Το ψυχρό στρες προκαλεί μεταγραφικούς καταρράκτες ειδικά για τα όργανα και μειώνει την ημερήσια ταλάντωση στην ντομάτα, Έρευνα κηπουρικής (2023). DOI: 10.1093/ώρα/uhad137

Παρέχεται από το Γεωπονικό Πανεπιστήμιο NanJing

Παραπομπή: Unlocking the Secrets of Cold Tolerance: A Dive into the Molecular Responses of Tomato Plants to Cold Stress (2023, 13 Οκτωβρίου) ανακτήθηκε στις 13 Οκτωβρίου 2023 από https://phys.org/news/ 2023-10-secrets-cold- tolerance- tomato-molecular.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από κάθε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν επιτρέπεται να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *