اكتشف العلماء آلية نباتية غير معروفة سابقًا – وقد يكون تأثيرها هائلاً

اكتشف العلماء أن الانقسام الاختزالي يخرج أرابيدوبسيس مدفوعة بتثبيط الترجمة بوساطة ف

تم اكتشاف آلية غير معترف بها سابقًا لإعادة برمجة التعبير الجيني عندما تختلف خلية عن أخرى بواسطة ألبرت كايرو وكاريل ريحا وزملاؤهم. في نهاية الانقسام الاختزالي ، تكون هذه الآلية عبارة عن انقسام خلوي متخصص مطلوب للتكاثر الجنسي ، ويسمح بالتمايز بين الخلايا الجرثومية وحبوب اللقاح.

ينتج عن هذه الآلية توطين ديناميكي للعناصر التنظيمية الأساسية في المكثفات المحقونة التي تشبه قطرات السائل. ترتبط هذه العملية ارتباطًا مباشرًا بإنتاج البذور وقد توفر طرقًا جديدة لتطوير محاصيل مستدامة يمكنها تحمل الظروف البيئية القاسية. تم نشر هذه النتائج مؤخرًا في مجلة مرموقة علوم.

زهرة كاتربيلر حقلية تم التقاطها بواسطة المجهر الضوئي. الائتمان: معهد أوروبا الوسطى للتكنولوجيا – جامعة مصاريك

الخلايا ليست أشياء ثابتة. يتغيرون من نوع إلى آخر. يؤثر تنشيط مجموعة محددة من الجينات على كيفية تخصص الخلايا في إكمال مهام محددة ومتى تنقسم أو تتمايز. يستخدم علماء بيولوجيا الخلية مثل ألبرت كايرو وكاريل ريحا مجموعة من الأساليب العلمية المتطورة لاستكشاف العالم المجهري للنبات. تخضع البيولوجيا الخلوية حاليًا لثورة ، مع توسيع المنظور التقليدي لتنظيم الخلية إلى آفاق جديدة.

“لا يقتصر الأمر على أن الخلية لديها عضيات تقليدية محددة بواسطة غشاء ، ولكننا نعلم الآن أن العديد من العمليات الجزيئية محصورة داخل عضيات أقل تحديدًا من الغشاء. وفي السنوات العشر الماضية ، بدأ التعرف على أهمية هذه المكثفات الحيوية. بواسطة يوضح ألبرت كايرو ، المؤلف الأول لهذا البحث ، كيف يتشكل نوع معين من التكثيف الحيوي في نهاية الانقسام الاختزالي ويثبط تخليق البروتين.

“هذا ، من ناحية ، يوقف عمليات الانقسام الاختزالي ، لكنه من ناحية أخرى ، يمثل بداية جيل مختلف وراثيًا من الخلايا” ، كما تقول القاهرة. لكن هذا ليس كل شيء. يعتقد فريق البحث أن آليات مماثلة تعمل في كائنات وأنظمة خلوية أخرى ، بما في ذلك تمايز الخلايا أو استجابات الإجهاد.

قد يكون لاكتشاف أعضاء مختبر Karel Riha تأثير اجتماعي هائل.

ألبرت القاهرة وكاريل ريحا. الائتمان: معهد أوروبا الوسطى للتكنولوجيا – جامعة مصاريك

“نحن نعيش في حالة طوارئ مناخية. على الرغم من أن النباتات يمكن أن تكافح مجموعة متنوعة من الضغوط ، بما في ذلك درجات الحرارة المرتفعة والجفاف ، إلا أن نموها وتكاثرها يمكن أن يتأثر بشدة. وهذا يعني أن هناك خطر حدوث انخفاضات كبيرة في غلات المحاصيل عندما نحن بحاجة إلى زيادة الغلة لتلبية الاحتياجات البشرية ، ولهذا السبب يجب أن تكون البحوث النباتية إحدى الأولويات الآن “، كما يوضح كاريل ريها ، المؤلف المقابل وقائد فريق البحث.

يتمثل الهدف الأساسي للمختبر في إلقاء الضوء على العمليات البيولوجية الأساسية المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بتكاثر النبات وتكوين البذور ، والتي تُترجم إلى محصول في العديد من المحاصيل.

“تظهر نتائج الأبحاث أن المكثفات الجزيئية الحيوية تلعب دورًا مهمًا في خصوبة النبات ، وأن سلوكها مرتبط بالإجهاد البيئي. لذلك ، من الواضح أن اكتشافنا هو الخطوة الأولى نحو تطوير حلول جديدة ، مما يؤدي إلى إنتاج محاصيل مستدام في ظل ظروف قاسية ، “يشرح ألبرت كايرو.

الأساليب الفنية التي اتبعها الفريق تستحق الثناء حقًا ، وكذلك نتاج هذا البحث علوم التأكيد على أن معمل ريحا يسير في الاتجاه الصحيح.

طريق الاكتشاف

دراسة الانقسام الاختزالي في نبات نموذجي نبات الأرابيدوبسيس thaliana يمثل تحديًا خاصًا. ركز فريق البحث على خلايا نادرة وغير عادية مخبأة في براعم أزهار صغيرة بحجم 0.1-0.4 ملم. أيضًا ، تحدث مراحل الانقسام الاختزالي التي هي محور الدراسة بسرعة – تستغرق العملية بأكملها من خمس إلى ست ساعات. لذلك ، ليس من السهل الإمساك بهم. يجب أن يستخدم فريق البحث تقنيات متطورة وقدرًا كبيرًا من الإبداع والخيال لدراسة هذه العملية.

اضطر فريق ريحا إلى تطوير ظروف التصوير الحي للانقسام الاختزالي داخل العضو الآخر (جزء العضو الذي يحتوي على العضو الآخر). استخدم الفريق الفحص المجهري المتقدم وكان واحدًا من مختبرين فقط في العالم لمراقبة الانقسام الاختزالي للنبات بشكل مباشر. مجال آخر من الخبرة الأساسية التي تمتلكها المجموعة هو إتقان تقنية البروتوبلاست. البروتوبلاست هي خلايا نباتية معزولة فقدت جدارها الخلوي المحيط بها ، مما يسهل معالجتها وراثيًا وتصورها تحت المجهر. سمحت هذه التقنية للفريق بتوضيح بعض المشكلات بسرعة وكفاءة أكبر من استخدام الخلايا الانتصافية.

قدمت آنا فاركوفا مساهمة كبيرة في فهم الآلية المعقدة الموصوفة حديثًا. قدمت بافلينا ميكولكوفا الخبرة وقدمت يدها السحرية أثناء تصوير الخلية الحية للانقسام الاختزالي باستخدام المجهر الضوئي. تم دعم فريق البحث من قبل CEITEC Center Facility CELLIM ومرفق مركز علوم النبات. استغرق البحث أكثر من ثماني سنوات وتم تمويله من قبل REMAP ، وهو برنامج منح للشباب والرياضة تابع لوزارة التعليم التشيكية. “من الصعب جدًا تطوير مثل هذا المشروع المعقد بدون التمويل طويل الأجل الذي لدينا. في الواقع ، في مرحلة ما ، شعرنا أن حدودنا كانت مجرد خيالنا ، وأعتقد أن هذا هو مفتاح ابتكارنا البصري “، يقول ألبرت كايرو.

ملاحظة: “خروج Meiotic في أرابيدوبسيس ألبرت كايرو ، وآنا فاركوفا ، ونيها شوكلا ، وكلاوديو كابيتاو ، وبافلينا ميكولكوفا ، وسونا فالوتشوفا ، وجانا بيكينكوفا ، وبيترا بولانكوفا ، وكاريل ريها ، 4 أغسطس 2022 ، بدعم من ترجمة B-body بوساطة. علوم.
DOI: 10.1126 / science.abo0904

ومن المثير للاهتمام أنه لا يوجد تعاون خارجي في هذا المشروع ، وهو أمر غير معتاد بالنسبة لمعاهد البحث الدولية مثل CEITEC. في هذه الحالة ، يدخل فريق البحث اتجاهًا جديدًا تمامًا وتم إكمال البحث حصريًا بواسطة أعضاء فريق البحث في Karel Riha.