Acasă Veuxtube Nivelurile scazute de oxigen declanseaza formarea celulelor sexuale ale plantelor

Veuxtube

Nivelurile scazute de oxigen declanseaza formarea celulelor sexuale ale plantelor

141

Studentul absolvent Tim Kelliher si profesorul Virginia Walbot examineaza ciucurii de porumb in domeniu din campusul Stanford. Foto: LA Cicero

Folosind o abordare simpla, o echipa de oameni de stiinta de la Universitatea Stanford a demonstrat ca un nivel scazut de oxigen adanc in florile in curs de dezvoltare sunt tot ceea ce este necesar pentru a declansa formarea de celule sexuale ale plantelor. Descoperirile pot duce la noi tehnici de reproducere a plantelor.

Viata sexuala a porumbului a obtinut o multime de atentii pruriente de-a lungul anilor. Pana la 5.000 i.e.n., agricultorii din America au produs deja primele soiuri de porumb hibrid prin plante polenizate incrucisate pentru a genera plante mai mari sau samburi colorate.

Astazi, productia de seminte hibride in porumb este o industrie multimilionara, iar incrucisarea este fundamentala pentru productia majoritatii celorlalte specii. Dar, in ciuda rolului central al reproducerii plantelor in agro-industrie, cercetatorii nu au raspuns niciodata la o intrebare de baza: De unde provin celulele sexuale ale plantelor?

Raspunsul, potrivit profesorului de biologie Stanford, Virginia Walbot, si studentul absolvent Timothy Kelliher, este surprinzator de simplu. Intr-un set de experimente elegante – Walbot se mandreste cu „gandirea la experimente pe care le poti face fara practic bani” – cercetatorii au demonstrat ca nivelurile scazute de oxigen adanc in florile in curs de dezvoltare sunt tot ceea ce este necesar pentru a declansa formarea celulelor sexuale.

Descoperirea nu este doar de interes academic.

“Controlul reproducerii plantelor este destul de fundamental pentru agricultura moderna”, a spus Walbot.

Intr-o industrie a porumbului care detaseaza in continuare porumbul semanat de mana ca o modalitate de a controla cine ingrasa pe cine, o tehnica care activeaza sau dezactiveaza productia de celule sexuale ar putea permite un control dramatic crescut asupra incrucisarii plantelor.

Lucrarea de cercetare a aparut recent in revista Science.

Cand doua flori se iubesc foarte mult

Toate plantele cu flori produc polen in structuri numite furnici, care in porumb creste din grupul distinctiv de flori masculine pe care le cunoastem ca ciuc. Dar inainte ca aceste furnici sa se maturizeze, ele sunt aranjate intr-o forma de trifoi adanc in interiorul plantei. Celulele centrale din fiecare dintre acesti lobi asemanatoare trifoiului se vor transforma in celule sexuale si, in cele din urma, polen.

Mecanismul din spatele acestei dezvoltari era necunoscut la plante. La animale, celulele inconjuratoare semnaleaza linia germenilor sa inceapa sa se formeze dintr-o singura „celula fondatoare”. Walbot si Kelliher s-au aplecat spre acest punct de vedere, identificand doua molecule de semnalizare promitatoare, MAC1 si MSCA1. Plantele care nu aveau proteina MAC1 au dezvoltat prea multe celule germinale. Plantele care nu aveau MSCA1 nu aveau deloc.

In mod clar, MAC1 a fost important pentru organizarea celulelor non-sexuale in jurul celulelor germinative, in timp ce MSCA1 a fost necesar pentru ca celulele sa se dezvolte in celule sexuale. Dar legatura dintre cei doi si ceea ce a dus initial la exprimarea lor, a ramas neclara.

Un rol pentru redox

Desi majoritatea cercetatorilor au presupus ca, la fel ca la animale, celulele sexuale se dezvoltau dintr-un set special de celule cu o predilectie predeterminata pentru rol, Walbot si Kelliher au vazut doua indicii care implicau altfel.

In primul rand, aranjarea fizica a celulelor sexuale nu a indicat existenta unui singur „fondator”. De fapt, a sugerat un scenariu in care „pozitia ta de celula conteaza mai mult decat cine erau parintii tai”, a spus Kelliher.

In al doilea rand, modul in care a functionat enzima MSCA1 a sugerat ca nivelul de oxigen ar putea juca un rol in procesul de semnalizare.

Mediul din interiorul unei plante poate fi „oxidant” – unde oxigenul este abundent, iar oxidarea este favorizata – sau „reducerea” – unde oxidarea este impiedicata, de obicei prin lipsa oxigenului reactiv si este favorizat procesul opus de reducere. MSCA1 s-a intamplat sa-si trimita semnalul prin reducere – ceea ce inseamna ca nivelurile diferite de oxigen pot avea efecte de dezvoltare diferite.

Pentru a testa teoria, cercetatorii au introdus o sonda adanc in tesutul anther imatur al porumbului. Ceea ce au descoperit a fost sa spuna: niveluri neobisnuit de scazute de oxigen – probabil un efect secundar al activitatii metabolice a anterelor in crestere rapida – la momentul exact in care celulele incepeau sa se transforme in celule sexuale.

Furtun de porumb

Pentru a vedea daca doar oxigenul scazut a fost responsabil pentru dezvoltarea celulelor sexuale, cercetatorii au aruncat un furtun de plastic in furnica in curs de dezvoltare si s-au canalizat in amestecuri de gaze.

Concentratiile mari de oxigen au scazut drastic numarul de celule sexuale. Concentratii mari de azot gaz, care este inert si asigura un mediu reducator, cresterea formarii celulelor sexuale.

„A fost un experiment remarcabil de usor”, a spus Walbot. „Am avut rezultatele initiale in doua zile.”

Cercetatorii au aratat ca nivelurile scazute de oxigen ar putea determina chiar si celulele din afara lobilor anteri – care nu ar produce niciodata in mod normal polen – sa se transforme in celule sexuale.

In ansamblu, a explicat Walbot, dovezile sugereaza ca variatiile care apar in mod natural in nivelurile de oxigen din interiorul anterei in crestere determina ca celulele centrale sa devina hipoxice mai intai: „Celulele care sunt cele mai hipoxice, apoi ajung sa se arunce intrerupatorul.”

Odata ce nivelul de oxigen scade sub un anumit prag, MSCA1 este in sfarsit capabil sa mearga la munca si sa-si reduca tinta, determinand celulele centrale sa devina celule sexuale. Aceste celule elibereaza apoi MAC1, care la randul sau asigura ca celulele exterioare nu devin linie germinala.

Este un model de diferentiere interior-exterior, spre deosebire de ceea ce fac liniile germinale animale – ceea ce poate explica de ce a durat atat de mult sa fi fost descoperit.

“Fabrica profita de propria structura pentru a crea acest semnal de dezvoltare”, a spus Kelliher. „Si atunci orice celula poate crea urmatoarea generatie, atat timp cat este la locul potrivit – nu trebuie sa fii special desemnat.

Este un fel de idee romantica. ”

Copiii cercetarii porumbului

Mentinerea atenta a intregului proces de fertilitate a plantelor este cruciala pentru industria semintelor hibride. Campurile sunt de obicei plantate cu doua soiuri de porumb care vor fi incrucisate. Pentru a impiedica plantele sa se fertilizeze singure – ceea ce duce la plante de calitate inferioara – toate ciucurile unei specii trebuie eliminate.

Aceasta este o sarcina enorma care necesita masini specializate de dezasamblare, urmate de oameni care verifica instalatiile care au lipsit.

„In prezent, elimina ciucurile pe un milion de acri de porumb in fiecare an, la 20.000 de plante pe acra”, a spus Walbot. „Asta inseamna miliarde de plante detasate manual”.

S-au dezvoltat soiuri sterile de porumb care nu necesita detasare, dar versiunile de auto-perpetuare s-au dovedit greu de perfectat. O metoda de sterilizare cu un nivel scazut de oxigen ar putea face o hibridizare automata mult mai simpla, permitandu-i sa fie aplicata unui numar mare de soiuri.

„Lasam aceste aplicatii pentru industrie”, a spus Walbot. Dar efectele cercetarii ar putea fi de amploare. Presupunand ca rezultatele sunt valabile pentru toate plantele cu flori, dupa cum un numar de grupuri de cercetare incearca sa confirme, descoperirea ar putea deschide un nou nivel de control al fertilitatii pentru o serie uriasa de culturi.

Universitatea Stanford cauta in prezent un brevet la unele dintre concluziile lucrarii.

Imagine: LA Cicero

Nivelurile scazute de oxigen declanseaza formarea celulelor sexuale ale plantelor

Populare

Afla cum iti poti lansa o mica afacere folosind un spatiu...

Top 10 cele mai supraevaluate filme din toate timpurile

10 regizori care au facut un film de groaza si au...

10 documentare care au schimbat perceptia publicului

Top 10 interviuri controversate cu celebritati din toate timpurile

Top 10 cele mai memorabile momente ale premiilor Oscar

Cum se schimba viata atunci cand intri in cercurile sociale ale...

10 povesti ciudate din lumea rap pe care sa le cunosti

10 secrete intunecate din lumea surprinzator de rasucita a K-Pop

10 melodii rock inspirate de evenimente groaznice