2018-10-31 06:48:01
植物通过标记它们所需的RNA分子来应对环境压力 以抵御困难的条件

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未来看起来对植物来说很有挑战预计气候变化将给已经在干旱条件下挣扎的地球上的部分地区带来广泛的干旱。为了减轻对农业的潜在破坏性影响,研究人员正在寻求帮助植物抵御极端环境危害(包括干旱和盐胁迫)的策略,当灌溉水通过土壤时沉淀盐,然后可以被植物根吸收,降低整体生产率。

一个方法是研究植物自然进化的方式,以应对盐分过多等压力。在Cell Reports的一项新研究中,由宾夕法尼亚大学生物学家Brian D. Gregory和研究生Stephen J. Anderson领导的研究人员已经确定了一种可能被操纵的机制,以开发更耐盐的作物。

他们的研究表明,RNA分子上的一个小标签 - 转化为产生蛋白质的转录本 - 可以稳定和保护这些遗传物质。当植物暴露于高盐条件下时,称为N6-甲基腺苷或m6A的RNA标记可防止编码蛋白质的转录物分解,从而帮助植物更有效地应对具有挑战性的条件。

“这就是我们如何帮助农民的,”格雷戈里说,他是宾夕法尼亚大学艺术与科学学院生物系副教授,也是该论文的高级作者。 “我们需要找出能够制造出更耐盐和抗旱植物的方法,并且操纵这条路可能是实现这一目标的一种方式。”

对于生物体产生任何蛋白质,它必须首先拥有相应的信使RNA链(mRNA)。但并非所有mRNA都转化为蛋白质;有些人在到达那个阶段之前会退化。近年来,哺乳动物和植物生物学家一直在关注m6A标记作为过程中的一个参与者,其中mRNA被定位为保持或破坏。

格雷戈里说:“这个标志引起了人们的兴趣。” “它被发现是mRNA中最丰富的内部修饰。”

在哺乳动物中,大部分研究指向标记mRNA的标记以进行破坏。并且,虽然一些研究表明它可能在植物中以相同的方式起作用,但Gregory,Anderson和同事希望得到一个更全球化的观点。

分析来自成熟拟南芥的叶子,研究人员在全球范围内鉴定了正常植物中的m6A以及添加了m6A的酶已被消除的那些,从而在实验上耗尽了它们的标记。

他们发现,在正常植物中以m6A标记的丰富的转录本在m6A耗尽的突变植物中低得多,这表明该标记具有稳定转录物的保护能力。

该研究小组密切比较了正常植物和突变植物,发现当存在时,m6A通过阻止酶降解它们来保护转录物。当缺失该标记时,转录物被切割并随后降解。

“这有点偶然,”安德森说,“但事实证明,这种不稳定发生在这些标记应该出现的地方,但不在实验组植物中。”

下一步是询问为什么植物可能首先进化出这种机制。研究人员暗示,从正常植物和突变植物之间的受影响基因判断,m6A标记可能与应激反应有关。但是,为了进行测试,他们在高盐土壤中种植植物并重复他们的实验。

他们发现盐处理导致植物在与盐胁迫响应相关的mRNA转录本以及干旱胁迫上附加更多的m6A标记。换句话说,这些植物正在努力应对环境挑战。

“这为植物提供了一种动态且非常强大的机制来调节应激反应,”格雷戈里说。 “你可以将这个标记移动到你想要保留的成绩单上。”

“还有证据表明,”安德森说,“植物可能能够积极地从他们不需要的成绩单中删除标记。我们仍在调查这种机制。”

“这项工作,”资助该研究的国家科学基金会的Karen Cone说,“提供了令人兴奋的新理解,即基因组信息如何与来自环境的信号相互作用,为机体产生有益的结果。结果有望打开大门。未来发现有机体如何使用基于RNA的机制来维持它们在不断变化的环境中生存所需的稳健性和适应性,这一发现与NSF的10大理念,理解生命规则:预测表型直接相关。 “

在另外的后续实验中,Gregory的实验室将检查该标记是否涉及植物的其他压力情况,例如它们受到细菌或真菌等生物的破坏。 格雷戈里及其同事还计划在对农业很重要的植物物种中进行实验,例如大豆。

进一步研究还可以帮助他们了解植物将该标记附加到转录本上的机制,从而有助于制定可以更好地抵抗干旱带来的挑战性条件的工程植物策略。

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