سبز شدن آسان نیست!
هر دو گیاه و انسان دارای پروتئین های حساس به نور هستند. در انسان این پروتئین ها در شبکیه ساکن هستند، به ما اجازه می دهد که ببینیم. در گیاهان آنها فیتوکروم نامیده می شوند و عمدتا در هسته قرار می گیرند، که به عنوان کنترل کننده اصلی فعالیت های سلولی عمل می کند.
فرایند فتوسنتز، که دی اکسید کربن را به شکر تبدیل می کند و گیاه را رشد می دهد، زمانی شروع می شود که نور به فیتوکروم ها در هسته برسد. سپس هسته باید یک فرمان را به یک عضو فرعی به نام پلاستید ارسال کند تا خود را به کلروپلاست تبدیل کند که کلروفیل سبز را تولید می کند.
"هسته مانند دولت فدرال سلول است، در حالی که یک زیر عضو، پلاسمید نامیده می شود که بیشتر شبیه دولت است"، منگ چن، استاد دانشکده زیست شناسی سلولی UCR که آزمایشگاه آن یکی از معدودی است که در جهان بر ارتباطات فیتوکروم متمرکز است می گوید"تا به امروز، ما نمی دانستیم که چگونه هسته فرمان" سبز شدن"را به پلاستید می فرستد، و به آنها می گوید که ژن فتوسنتز خود را فعال کنند."
تیم چن به این نتیجه رسید که جزئیات آن در دو مقاله جدید منتشر شده در مجله Nature Communications چاپ شده است.
از لحاظ تاریخی، بخشی از این چالش شناسایی شده است که کدام یک از 25000 ژن هسته ای مسئول تنظیم روند فرآیند سبز سازی سلول است. برای پیدا کردن تنظیم کننده ها، چن و تیمش تصور می کردند که ژن های مشابه باید نه تنها سبز کردن گیاه را کنترل کنند، بلکه فرآیندهای دیگر نیز مانند ارتفاع را کنترل می کنند.
چن گفت: "تنظیم کننده ای که ما به دنبال آن بودیم هر دو کیفیت، ارتفاع و رنگ را کنترل می کرد."
آنها گیاه کوچک گلدار را گرفتند و از لحاظ شیمیایی نسخه هایی از آن را برای تولید کلروپلاست ناتوان کردند حتی اگر در معرض نور باشند. بعد، آنها جهش هایی را که هر دو آلبینیو و قد بلند بودند جستجو کردند. همانطور که شانس آن را داشت، تیم چن فهمید که آنها برخی از جهش ها را با هر دو کیفیت ایجاد کرده اند.
مقایسه DNA گیاهی وحشی با DNA گیاه جهش یافته، این گروه را قادر ساخت تا دو ژن مسئول تنظیم سبز را شناسایی نماید.
چان یول یو، یک زیست شناس مولکولی UCR و نویسنده اول هر دو مقاله، گفت: "گیاهان بدون هیچ کدام از این ژن ها قادر به پاسخگویی به نور نیستند و به عنوان گیاهان بلند و آلبینیو مقاوم می شوند."
شناخت کنترل اصلی توسعه کلروپلاست می تواند پیامدهای عمیقی برای فن آوری های جدید برای بهبود عملکرد محصول و کمک به گیاهان برای مقابله با تغییرات آب و هوایی داشته باشد. اما مزایای این کشف محدود به گیاهان نیست. آزمایشگاه چن از طریق مؤسسه ملی سلامت به دلیل پیامدهای این کار در تحقیقات سرطان تامین می شود.
میتوکندری، ژنراتورهای قدرت سلول های گیاهی و حیوانی، نقش مهمی در سرطان دارند، زیرا آنها در مرگ سلول های برنامه ریزی شده نقش دارند. ارتباط بین هسته سلولی و میتوکندری به ارتباط بین هسته سلول گیاهی و کلروپلاست ها بستگی دارد.
چن گفت: "کشف مسیر ارتباطات هسته-کلروپلاست در گیاهان می تواند بینش های جدیدی را به بیان ژن در سلول های انسانی و نادرست سازی آن در سرطان ها منجر شود.
منبع:
- Chan Yul Yoo, Elise K. Pasoreck, He Wang, Jun Cao, Gregor M. Blaha, Detlef Weigel, Meng Chen. Phytochrome activates the plastid-encoded RNA polymerase for chloroplast biogenesis via nucleus-to-plastid signaling. Nature Communications, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-019-10518-0
- Emily J. Yang, Chan Yul Yoo, Jiangxin Liu, He Wang, Jun Cao, Fay-Wei Li, Kathleen M. Pryer, Tai-ping Sun, Detlef Weigel, Pei Zhou, Meng Chen. NCP activates chloroplast transcription by controlling phytochrome-dependent dual nuclear and plastidial switches. Nature Communications, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-019-10517-1
