מדענים עונים על שאלה בסיסית בביולוגיה: כיצד מגיבים אורגניזמים לתנאים משתנים?

המחקר מספק תובנות חדשות לגבי האופן שבו תאים בצמחים מתאמים את התגובות שלהם.

צוות חוקרים מאוניברסיטת מסצ'וסטס אמהרסט פרסם לאחרונה מחקר חלוצי שעונה על שאלה מרכזית בביולוגיה: איך אורגניזמים מגבשים מגוון רחב של תהליכים תאיים כשהם נתקלים בשינוי – בין אם פנימי או בסביבה החיצונית – כדי לשגשג ב זמנים טובים או לשרוד את הזמנים הרעים?

המחקר, התמקד בצמחים ופורסם ב תָא, מזהה את האינטראקציות בין ארבע תרכובות: פקטין, חלבוני הקולטן FERONIA ו-LLG1, ופפטיד האות RALF. בפרט, הצוות גילה שתהליך עיבוי מולקולרי, הנקרא הפרדת פאזות נוזל-נוזל, המתרחש בין פקטין ו-RALF בממשק דופן התא-ממברנת התא, קובע כיצד גירוי מפעיל תהליכים תאיים רבים. יחד, תהליכים אלו מייצרים תגובה מועילה לצמח.

"ביולוגים עובדים לעתים קרובות באופן ליניארי: אנו רואים כשגירוי נכנס, ואז אנו עוקבים אחר תגובה ספציפית לאורך מסלול תאי מסוים שאנו מאמינים שעומד מאחורי התגובה הזו. אבל במציאות, תאים שומרים על מספר רב של מסלולים, שמתוחזקים בקפידה וצריכים להיות מתואם כל הזמן", אומרת אליס צ'ונג, פרופסור נכבד לביוכימיה וביולוגיה מולקולרית ב-UMass Amherst והכותבת הבכירה של המאמר.

צ'יונג ושותפתה הוותיק והסופר הבכיר, הן-מינג וו, חשבו על שאלת הגירוי והתגובה מאז שגילו ב-2010 וב-2015 שצמד הקולטנים FERIONIA-LLG1 הוא מועמד אידיאלי להקניט את הפאזל המאתגר. . FERONIA-LLG1 משפיע כמעט על כל ההיבטים של חיי הצמח – צמיחה משתיל שנבט זה עתה להתבגרות והתרבות של הדור הבא, ושמירה על כל מיני אתגרים ביניהם, כמו מחלות וקיצוניות אקלימית.

מאמצי מחקר משותפים

"זה לקח שנים רבות משני עמיתים זוטרים מסורים מאוד, הפוסט-דוקטורט ג'יימס מינג-צ'ה ליו והסטודנטית לתואר שני ג'סיקה פאנג-לינג יה, הכותבות הראשונות של המאמר, ודוקטורנט שסיימה לאחרונה את לימודיה בביולוגיה מולקולרית ותאית. תלמיד, רוברט איבון," אומר צ'ונג. "יחד הם השלימו מערך מחקרים שהתחיל מזוויות שונות אך תוכננו בכוונה כדי לספק סיפור מגובש, שאחרת אי אפשר לספר."

החקירה החלה בחקירה כיצד האות (או הליגנד) RALF משפיע על FERONIA-LLG1 בממברנת התא. הצוות ראה כמה תוצאות תמוהות: התא לא פשוט קלט את FERONIA-LLG1 לתוך התא, תהליך המכונה אנדוציטוזיס ותגובה אופיינית; כל מולקולת קרום התא שהצוות נבדק הושפעה. יתר על כן, בניגוד לאינטראקציה טיפוסית של ליגנד-קולטן, הליגנד RALF נשאר מחוץ לתא במטריצה ​​חוץ-תאית עשירה בפקטין הנקראת דופן התא.

לאחר מכן, הצוות בחן את האינטראקציות הביוכימיות והביו-פיזיקליות בין ארבע המולקולות, כיצד אינטראקציות אלו משפיעות על התנהגותן של מולקולות אלו ברמה התאית, וכיצד הן משפיעות על התוצאות הפיזיולוגיות של הצמח באמצעות שני מתחים סביבתיים שנתקלים לעתים קרובות: טמפרטורה מוגברת ומליחות.

התוצאות מספקות, לראשונה, מנגנון להסביר כיצד תאי צמחים מתאמים מסלולים רבים ושונים בתגובה לאות מתח בודד כדי להפוך לגמישים יותר ולשרוד. העבודה גם מדגימה לראשונה כיצד הפרדת פאזות בממשק ממברנת דופן התא, הקו הקדמי שבו תא צמחי מזהה ומגיב לגירויים חיצוניים, יכולה להשפיע עמוקות על תגובה תאית קולקטיבית. צ'ונג מוסיף כי "לא ניתן היה לעשות את העבודה ללא מתקני הליבה במכון למדעי החיים השימושיים והקלט של ג'יימס צ'יימברס, מנהל ליבת מיקרוסקופיה אור ומחבר שותף במסמך."