Τα φυτά εστιάζουν στις αναλογίες έκφρασης MicroRNA για να διατηρήσουν τον χρόνο ανθοφορίας τους
Η ανθοφορία είναι ένα επιβεβλημένο και εξαιρετικά πολύπλοκο αναπτυξιακό τμήμα του κύκλου ζωής ενός φυτού. Τα λουλούδια είναι τα αναπαραγωγικά όργανα ενός φυτού, που παράγουν αρσενικούς και θηλυκούς γαμέτες που στη συνέχεια οδηγούν σε γονιμοποίηση, θέτοντας σπόρους για την επόμενη γενιά.
Η αναπαραγωγική επιτυχία ενός είδους φυτού εξαρτάται από την αυστηρή ρύθμιση των κυτταρικών διεργασιών που προκαλούνται ως απόκριση σε διάφορες εξωτερικές ενδείξεις όπως η θερμοκρασία, η διάρκεια του φωτός της ημέρας, η ένταση φωτός, καθώς και οι εσωτερικοί παράγοντες που περιλαμβάνουν κυρίως φυτοορμόνες και το κιρκάδιο ρολόι του φυτού. Τέτοιες διεργασίες διέπονται σε μεγάλο βαθμό από υποψήφιους μοριακούς διακόπτες, οι οποίοι περιλαμβάνουν γονίδια που σχετίζονται με το μεριστώμα λουλουδιών και microRNA (miRs) ως κύριους ρυθμιστές τους.
Τα MiRNA είναι μήκους 21-24 νουκλεοτιδίων, μη κωδικοποιητικά RNA που στοχεύουν διάφορους μεταγραφικούς παράγοντες που προσδιορίζονται ως βασικοί για την υποκίνηση γονιδιακού μεταγραφικού μηχανισμού. Δεδομένου ότι οι γονιδιακές εκφράσεις των miRNAs επηρεάζονται τόσο από εξωτερικά όσο και από εσωτερικά σήματα, αυτά θεωρούνται ως κύριοι ρυθμιστές της έκφρασης κυτταρικών γονιδίων. Προφανώς, μία από τις φυτοορμόνες, δηλαδή η αυξίνη, είναι θεμελιώδης για την κυτταρική διαίρεση, την επιμήκυνση των κυττάρων και την ανάπτυξη και ωρίμανση οργάνων. Κατά τη διάρκεια της επαγωγής των ανθέων, τα μονοπάτια σηματοδότησης αυξίνης ελέγχονται και ρυθμίζονται εύκολα από το miR167 μέσω των άμεσων στόχων του — παραγόντων απόκρισης αυξίνης (ARF6 και ARF8 ) και γονιδιακή έκφραση, η οποία συνδέεται προς τα κάτω σε διάφορα στοιχεία που ανταποκρίνονται στην αυξίνη (AuxREs ) και ρυθμίζουν τη μεταγραφή τους.
Για να κατανοήσουμε το συντονισμένο και λεπτής κλίμακας δίκτυο έκφρασης βασικών miRNAs που σχετίζονται με την ανθοφορία με τις φαινοτυπικές τους επιπτώσεις, χρησιμοποιήσαμε μια προσέγγιση μείωσης του miR167 με βάση τη στοχευόμενη μίμηση στον καπνό για να μελετήσουμε τη συμπεριφορά έκφρασης και το spatio -χρονικές προκαταλήψεις των microRNA που σχετίζονται με την ανθοφορία.
Για να παρατηρηθεί η επίδραση του miR167 στην υποκίνηση της ανθοφορίας και στην περαιτέρω εξέλιξη, η έκφρασή του μειώθηκε γενετικά στα διαγονιδιακά φυτά καπνού. Για το σκοπό αυτό, ένα συμπληρωματικό ολιγονουκλεοτίδιο πρόδρομο miRNA με παραμορφωμένη θέση διάσπασης miR ενσωματώθηκε στο γονιδίωμα των μοσχευμάτων φύλλων καπνού χρησιμοποιώντας το φυσικό γενετικό μηχανικό Agrobacterium tumefaciens. Αυτά τα εκφυτεύματα θα μπορούσαν να καλλιεργηθούν σε ένα τεχνητό μέσο εμπλουτισμένο με ορμόνες για την επαγωγή της οργανογένεσης. Υποθετικά μετασχηματισμένα φυτά θα μπορούσαν να δημιουργηθούν και να μεταφερθούν στο θερμοκήπιο για την ανάλυση των φαινοτυπικών αποκλίσεων από τα φυτά ελέγχου.
Είναι ενδιαφέρον ότι οι φαινοτυπικές αναλύσεις επιβεβαιωμένων διαγονιδιακών μιμικών γραμμών εμφάνισαν φαινότυπους πρώιμου και όψιμου χρόνου ανθοφορίας στον διαγονιδιακό πληθυσμό. Τα δεδομένα έκφρασης του έκτοπου διαγονιδίου αποκάλυψαν ότι η ποσοστιαία μείωση του miR167 συσχετίστηκε θετικά με ποικίλους φαινοτύπους χρόνου ανθοφορίας των διαγονιδιακών μιμικών γραμμών σε σύγκριση με τα φυτά ελέγχου. Λιγότερο από 60% μείωση του miR167 σε μιμικές γραμμές εμφάνισε "όψιμη ανθοφορία" φαινότυπο, ενώ περισσότερο από 70% μείωση του miR167 εμφάνισε "πρώιμη ανθοφορία" φαινότυπος.
Αυτή η παρατήρηση είναι εξαιρετική και πρωτότυπη από αναπτυξιακή προοπτική, όπου ένας συγκεκριμένος γενετικός χειρισμός είχε οδηγήσει στη δημιουργία διάφορων φαινοτύπων, συμπεριλαμβανομένων μορφολογιών όψιμης και πρώιμης περιόδου ανθοφορίας. Ταυτόχρονα, τα ελαττώματα που σχετίζονται με την ανάπτυξη των λουλουδιών ήταν επίσης εμφανή μεταξύ διαγονιδιακών μιμικών γραμμών όπως άνθη μικρότερου μεγέθους, μη βιώσιμοι κόκκοι γύρης, μη φυσιολογική παραγωγή λουλουδιών και μη παραγωγή σπόρων. Τέτοιες ποικίλες φαινοτυπικές παραλλαγές στις μετασχηματισμένες μιμητικές γραμμές οργάνων μπορεί, επομένως, να αποδοθούν στις επαγόμενες αλλαγές στα επίπεδα έκφρασης του γονιδίου miR167. Ως αποτέλεσμα, το miR167 στοχεύει γονίδια που έχουν αλλάξει ARF6 και ARF8 έκφραση σε μιμικές γραμμές, επηρεάζοντας έτσι τις οδούς σηματοδότησης αυξίνης στα αναπτυσσόμενα κύτταρα.
Επιπλέον, τα miRNA που σχετίζονται με τον χρόνο άνθησης σε φυτά, συμπεριλαμβανομένων των miR156, miR159 και miR172, εξετάστηκαν επίσης για τα σχετικά επίπεδα γονιδιακής έκφρασης σε ιστούς ανθικών οφθαλμών. Η εσφαλμένη έκφραση του miR167 οδήγησε σε αλλοιωμένη προς τα κάτω έκφραση των miR που σχετίζονται με την ανθοφορία άμεσα ή έμμεσα. Κατά συνέπεια, τα γονίδια-στόχοι τους ρυθμίστηκαν επίσης στους ιστούς των ανθικών οφθαλμών και συνέβαλαν σε διάφορες μορφολογίες χρόνου ανθοφορίας. Οι αναλογίες έκφρασης αυτών των συμμαχικών miRNAs σε ένα συγκεκριμένο χρονικό σημείο οδήγησαν σε πρώιμους ή όψιμους φαινοτύπους χρόνου ανθοφορίας σε διαγονιδιακές μιμικές γραμμές.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Target-mimicry based diminuation of miRNA167 ενισχυμένων φαινοτύπων χρόνου ανθοφορίας στον καπνό via χωρικές-μεταγραφικές προκαταλήψεις των ανθοφόρων συσχετισμένων miRNAs, που δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο περιοδικό Gene . Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Sakshi Arora, Dhananjay K. Pandey και Bhupendra Chaudhary από το Gautam Buddha University.
