بدون رویا، فرزندان کمتر: کمپلکس پروتئین ممکن است نقش کلیدی در باروری گیاه داشته باشد

توسط موسسه علم و فناوری اتریش

ویرایش شده توسط Swati Mestri، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

بر اساس تحقیقات جدیدی که در Science Advances منتشر شده است، یک مجتمع پروتئینی به نام DREAM که معمولا ژن ها را ترمز می کند نیز ممکن است برای تولید مثل در گیاهان بسیار مهم باشد.

به نظر می رسد در تال کرس، DREAM ژن هایی را در طول میوز فعال می کند که برای تبادل مواد ژنتیکی مهم هستند. اما هنگامی که این مجموعه از بین می رود، رشد تولید مثل معیوب می شود و باروری به شدت کاهش می یابد.

در طول میوز، کروموزوم ها باید با دقت زیادی توزیع شوند. این امر مستلزم فعال بودن ژن ها و حضور پروتئین ها در مکان، زمان و غلظت صحیح است. در نتیجه، کل فرآیند باید به شدت تنظیم شود.

به عنوان بخشی از دکترای او. پروژه ای در دانشگاه هامبورگ، Hasibe Tunçay، زیست شناس مولکولی و محقق فوق دکتری در موسسه علم و فناوری اتریش (ISTA)، بررسی کرد که کدام تنظیم کننده های مولکولی این فرآیند را در شاهی تال کنترل می کنند (Arabidopsis thaliana، A. thaliana).

تحقیقات او نور جدیدی را بر اهمیت مجموعه DREAM روشن کرده است. از آنجایی که کمپلکس‌های DREAM مرتبط بر تولید مثل در حیوانات نیز تأثیر می‌گذارند، یافته‌ها ممکن است به یک مکانیسم حفظ‌شده تکاملی اشاره کنند که زمینه باروری در بسیاری از ارگانیسم‌ها را فراهم می‌کند.

این تحقیق با همکاری دانشگاه پاریس-ساکلی، دانشگاه فودان و دانشگاه کشاورزی جنوب چین انجام شد.

در موجودات در حال تولید مثل جنسی، دو نوع تقسیم سلولی اساسی وجود دارد: میتوز و میوز.

در طول میتوز، یک سلول دو سلول دختر تقریبا یکسان تولید می کند. این فرآیند برای رشد و نمو یک ارگانیسم و ​​همچنین برای تجدید و نگهداری بافت مهم است.

در مقابل، میوز سلول های تولید مثلی با نصف تعداد کروموزوم های معمولی تولید می کند. مجموعه کامل کروموزوم فقط پس از لقاح بازسازی می شود.

برای اینکه میوز عمل کند، ژن ها باید در زمان مناسب روشن شوند تا بتوان آنها را به RNA رونویسی کرد. سپس این RNA می تواند به عنوان طرح اولیه پروتئین های مورد نیاز برای انجام این فرآیند عمل کند.

میوز ممکن است یک کتاب درسی کلاسیک باشد، اما نحوه تنظیم رونویسی آن در گیاهان هنوز به طور کامل درک نشده است. سوئیچ های مولکولی پشت این فرآیند – که به عنوان فاکتورهای رونویسی شناخته می شوند – ابتدا باید شناسایی شوند.

این دقیقا وظیفه ای بود که تونچای با استفاده از تال کریس به عنوان ارگانیسم مدل خود، تصمیم گرفت با آن مقابله کند.

مطالعه تنظیم ژن در طول میوز از نظر فنی چالش برانگیز بود. سلول های میوز در اعماق بافت های زایشی گیاه قرار دارند و تنها در مقادیر کم قابل جداسازی هستند.

با وجود این محدودیت ها، تونچای و همکارانش توانستند یک تنظیم کننده مولکولی مهم را شناسایی کنند: مجموعه DREAM.

کمپلکس DREAM یک مجموعه فاکتور رونویسی است که در انسان نیز وجود دارد. در سلول های سوماتیک - سلول های غیر تولید مثلی که از طریق میتوز تکثیر می شوند - DREAM معمولا بیان ژن را سرکوب می کند. به عنوان مثال، می تواند به توقف چرخه سلولی در هنگام بروز خطا و نیاز به ترمیم آسیب کمک کند.

اکنون تحقیقات تونچای نشان می دهد که به نظر می رسد DREAM نیز نقش دیگری را بازی می کند.

تونچای می‌گوید: «ما جهش‌یافته‌ها را مورد مطالعه قرار دادیم - گیاهانی که بخش‌هایی از مجموعه DREAM در آنها وجود ندارد - و متوجه شدیم که تولید گرده و دانه به درستی عمل نمی‌کند. این برای من روشن کرد که DREAM برای تولید مثل گیاهان نیز مهم است، ظاهرا با تنظیم بیان ژن در طول میوز.

تونچای ژن MER3 را شناسایی کرد که توسط کمپلکس DREAM فعال می شود. پروتئین MER3 به دست آمده نقش مهمی در تشکیل متقاطع ایفا می کند، فرآیندی که برای میوز ضروری است.

در طی یک متقاطع، کروموزوم های همولوگ - یکی از مادری و دیگری از طرف پدری به ارث می رسد - مواد ژنتیکی را مبادله می کنند.

تونچای توضیح می دهد: «این مکانیسم فقط تنوع ژنتیکی ایجاد نمی کند. همچنین کروموزوم‌ها را از نظر فیزیکی به هم متصل نگه می‌دارد و به آنها اجازه می‌دهد در طول اولین تقسیم میوز به سلول‌های دختر به درستی توزیع شوند.

در جهش یافته هایی که کمپلکس DREAM به درستی عمل نمی کند، MER3 به اندازه کافی رونویسی نمی شود. در نتیجه، تشکیل متقاطع مختل می شود: کروموزوم ها برای مدت طولانی به هم متصل نمی مانند و در عوض به عنوان کروموزوم های منفرد رخ می دهند.

تونچای می گوید: «اینها کروموزوم های تک ظرفیتی نامیده می شوند. او می‌افزاید، اینها سپس می‌توانند به‌طور نادرست یا تصادفی بین سلول‌های دختر توزیع شوند و سلول‌های تولیدمثلی با تعداد کروموزوم‌های نامتعادل تولید کنند و در نهایت منجر به مشکلات باروری شوند.

تونچای توضیح می‌دهد: «در برخی از جهش‌یافته‌های ما که تنها یک جزء کمپلکس DREAM مختل شده بود، تولید بذر به شدت کاهش یافت، اما گیاهان بارور باقی ماندند.» "در مقایسه، جهش‌یافته‌هایی که دارای اختلالاتی در اجزای متعدد بودند، دانه‌ای تولید نکردند، که نشان می‌دهد آنها عقیم هستند."

A. thaliana یک گیاه هرمافرودیت خود بارور کننده است. هر دو پرچم نر و مادگی ماده در یک گل یافت می شوند. پس از لقاح، تخمدان به میوه ای بلند و باریک به نام سیلیکو تبدیل می شود که در آن دانه ها رشد می کنند.

اینکه آیا جهش ها بر تولید مثل تأثیر می گذارند را می توان با بررسی گرده ها و دانه ها ارزیابی کرد.

تونچای می گوید: "به عنوان مثال، می توانید گل را در یک محلول فرو کنید. این باعث آزاد شدن دانه های گرده می شود که می توان آنها را رنگ آمیزی کرد و زیر میکروسکوپ بررسی کرد تا مشخص شود که آیا زنده هستند یا خیر." "همچنین می توانید سیلیکو را باز کنید و دانه های داخل آن را ارزیابی کنید. دانه های رشد نیافته یا سقط شده نشان دهنده عقیمی و مشکلات تولید مثل است."

یافته ها نشان می دهد که یک مجموعه تنظیمی شناخته شده می تواند نقش فعال کننده غیرمنتظره ای را در طول میوز گیاه ایفا کند. از آنجا که کمپلکس‌های DREAM مرتبط بر تولید مثل در حیوانات نیز تأثیر می‌گذارند، نتایج نشان می‌دهد که باروری ممکن است توسط یک مکانیسم حفظ‌شده تکاملی در طیف وسیعی از موجودات تنظیم شود.

Hasibe Tunçay و همکاران، کنترل رونویسی نوترکیبی میوز توسط اجزای کمپلکس DREAM، Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aef2922. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aef2922

ارائه شده توسط موسسه علم و فناوری اتریش

سواتی مستری دارای مدرک لیسانس در مهندسی الکترونیک است و از سال 2019 به عنوان ویرایشگر محتوا کار کرده است. او ویرایش اسناد تحقیقاتی در زمینه فناوری، مراقبت های بهداشتی و علم مواد را تجربه کرده است و علاقه خاصی به فناوری و فضا دارد. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →