A kukorica sejtek szexuálisan hiányosak az oxigénben • Vera Bashmakova • Tudományos hírek a "Elemekről" • Molekuláris biológia, botanika

A kukorica sejtek szexuálisan hiányosak az oxigénben

Ábra. 1. Kukorica mező. A Virginia Walbot Lab webhelyről készült kép

"Természet vagy nevelés?" – "Természet vagy nevelés"? Mi az életben az öröklődés, és mi befolyásolja a környezet? Mi eredetileg lefektetett, és mit változtathat meg? És ha valami genetikailag meghatározásra kerül, és valami változik a környezet hatása alatt, akkor hogyan különböztethetjük meg egymástól a másikat? Ez a kérdés igen széles körben fogalmazható meg: mennyiben befolyásolja a génállomány a civilizáció fejlődését, és mennyire a környezet? És nagyon szűkszavúak: milyen mértékben határozza meg az elválasztó cella sorsa az eredetét, és amelyben a környezet, amelyben található? És ha az elsõ kérdésre adott kimerítõ választ valószínûleg nem fogják befogadni, akkor a második kérdés egyik konkrét esetére adott válasz a legutóbbi kiadásban jelent meg. tudomány. Az amerikai kutatók bizonyítani tudták, hogy a kukoricatermék csírasejtjeinek fejlődését nem az öröklődés határozza meg, hanem kizárólag a környezet.

Állatokban és növényekben a csírasejtek különböző módon fejlődnek. Az állati szervezetben az embrionális fejlődés nagyon korai stádiumában külön sejtvonal jelenik meg, amelyből a sejtek az ivarsejtek később érlelődnek.Ha ezt a vonalat valamilyen oknál fogva megsemmisítik, akkor a test örökre örök marad. A növények ugyanakkor megengedhetik maguknak a csírasejtek előállításának szükségességét, szükség szerint, már felnőttkorban is.

Miért tehát a növényi sejtek szexuális úton válnak – ez azért van, mert valamilyen különleges, "előszex" -ből, elődeikből származtak, vagy kényszerítették őket a környezetre? Ennek ismeretében Virginia Walbot, a Stanford Egyetem laboratóriumi vezetője és tanítványa, Timothy Kelliher alapos tanulmányt készítettek a kukoricafélék pollen fejlődéséről.

Kezdetben a tudósok megfigyelték, hogy a kukoricafélék normálisan fejlődnek, és valójában a csírasejteket veszik tőlük. Érdemes megemlíteni a mű szerzőinek hősiességét: szinte az összes tanulmányt "manuálisan" végezték el, a konfokális mikroszkóp alatt vizsgálva a testvéreket a fejlődés különböző fázisaiban. A tanulmány egész ideje alatt több ezer készítményt vettek figyelembe.

Ennek eredményeképpen az alábbiakban kiderült. A legfiatalabb, rövid antitestekben találhatók olyan sejtcsoportok, amelyek a merisztémából származnak, az oktatási szövetek, amelyek ugyanolyan szerepet játszanak egy növényben, mint az őssejtek az állatokban.Ezek a sejtek később differenciálódhatnak a póruszpórába (azok a sejtek, amelyek pollen keletkeznek) vagy segéd szomatikus sejtekké. Mindegyik anther négy lobulából áll, és az ívelt sejtek a lobulák közepén alakulnak ki, míg a segédcellák minden oldalról körülvesznek (2.

Ábra. 2. Az oxigén hatása a sejtek differenciálódására a kukoricadarabokban. A kukoricabogár (Tassel) pecsétje egy anther (Anther) hordozható, amelyek mindegyike négy lebenyből áll, és pillangó alakja van a keresztmetszetben. A nem differenciált anteros sejteknél az MSCA1 fehérje van jelen, ami aktívabb, minél kisebb az oxigén körül (Magas MSCA1 aktivitás hypoxiás környezetben). Ha az MSCA1 aktiválódik, akkor a korai anteronsejteket az archesporiális csíravonal sejtekbe differenciálják. A boltívpor viszont a MAC1-proteint (MAC1-szekréció) szekretálja, ami a körülvevő sejteket segéd (Parietal-szupportív sejtek) differenciálódását okozza. Clinton Whipple bemutatott cikk A növényi csíra-vonal-természet vagy táplálék meghatározása? a tudomány

Miért hoznak létre a merisztem egyes sejtjei a boltívesedést, míg mások segédsejteket hoznak létre? Mitől függ? Az öröklésből (archesporia és segédsejtek alakulnak ki különböző merisztémasejtekből) vagy a környezetből (meristem sejtekazonosak, és a fejlődő sejt jövője csak a pozíciójától függ: ha középen lesz, szexuális lesz, ha a periférián – segédeszközön)? És ha az anyag a környezetben van, akkor milyen környezeti tényező határozza meg a sejt sorsát?

A kérdés megválaszolásához a kutatók részletesebben tanulmányozták azokat a géneket, amelyek az anteron megfelelő fejlődéséhez szükségesek. Az egyik ilyen gén msca1, különösen fontos volt. Az ezen gén által kódolt MSCA1 fehérje katalizálja néhány redoxreakciót, ezért nagyon érzékeny a sejt redox egyensúlyának (vagy redox egyensúlyának) Eng. redox, pirosuction-ökörés az oxigénszintet is beleértve. Ez arra késztette a kutatókat, hogy az a redox egyensúly, amely meghatározza, hogy a sejt lesz-e szexuális vagy szomatikus marad. (Néhány korábbi tanulmány már rámutatott a redox egyensúly fontosságára a különböző sejttípusok differenciálódásában a növényeknél.)

A kukoricában az érlelés idején a páfrányok, amelyeken agyagok képződnek, a fiatal, még nem fotoszintetizáló levelek "gubócájába" vannak csomagolva olyan szorosan, hogy szinte semmiféle friss levegő nem hatol be; ez a gubó kibontakozik attól a pillanattól kezdve, hogy az anthers érett.Ez azt jelenti, hogy az éréskor az anterok hypoxia alá esnek, és a legkisebb mennyiségű levegő áthalad a lobulák központi részén, ahol a csírasejtek képződnek. Ez azt jelenti, hogy a kutatók feltételezése szerint a csírasejtek differenciálódása így megy végbe. Az anterek "fulladásos" légkörben (alacsony oxigéntartalmúak) vannak, a legkevesebb oxigén pedig a központi sejtekhez. Az MSCA1 fehérje az anteronsejtekben expresszálódik, aktívabban viselkedik, annál kevésbé oxigén van körülötte; ha elég aktív, akkor a cella egy archesporey lesz. Ezenkívül a differenciálódás, a párolt pórusok egy speciális fehérjét bocsátanak ki, a MAC1-et, ami a környező sejteket kiegészítővé teszi (2.

Ezt a feltételezést a gyakorlatban ellenőrizni kellett.

Kezdetben a kutatók meg voltak róla győződve arról, hogy az érlelést körülvevő oxigénszint nagyon alacsony volt (csak 1,2-1,4%, míg a környező levegőben az oxigén körülbelül 21% volt). És csak néhány nappal később, amikor a levelek kicsit megfordultak, az oxigén szintje már 5% -ra emelkedett.

Most bizonyítani kellett, hogy a hipoxia valóban befolyásolja a testek fejlődését.A kutatók egyszerűen és kecsesen tették: oxigént vagy nitrogént pumpáltak a levelek "gubójába" (3. ábra), és megvizsgálták, hogy ez hogyan befolyásolja a pálmafák fejlődését.

Ábra. 3. A "cocoon" körüli oxigénszint mérése a pecsét körül egy tű alakú szondával (A), és a gázt pumpálják egy tömlővel (B). A további anyagokat a Virginia Walbot és a Timothy Kelikher Hypoxia tárgyalt cikke írja le: a kukorica meiotikus sorsvásárlása tudomány

Ahogyan a tudósok is várták, az oxigénszint növekedésével a harangtoronyok száma jelentősen csökken, és amikor leereszkedik (mikor a nitrogén atmoszférában van), éppen ellenkezőleg, jelentősen megnő (4. Ebben és egy másik esetben a pásztorkodás ectopically kialakulhat – vagyis nem ott, ahol kell: a magas oxigén "oxidáló" légkörében "a helyükön" csúsznak a központba, és még a vaszkuláció helyén is megjelennek (az anteria közepén elhelyezkedő érrendszeri rendszer). ); a "redukáló" nitrogén-atmoszférában, éppen ellenkezőleg, "szétterülnek" a periférián és kialakulnak például a legkülső epidermális sejtek helyén. Mindez brilliánsan megerősíti az eredeti elméletet, miszerint az oxigén mennyisége határozza meg a sejtek differenciálódásának sorsait.

Ábra. 4. Az oxigén "oxidatív" atmoszférájában (Oxigén, top vonal) arcspórusos sejtek sokkal kisebbek, mint a "redukáló" nitrogénatmoszférában (nitrogén, alsó sorban). Számok a tetején az anter hossza mikrométerben (minél hosszabb az anter, annál idősebb). Lila pontok jegyezd meg az archespórus sejteket, fehér háromszögek – periklinális (párhuzamos felületek archesporealis sejtek) osztódások jellemző a segéd sejtek. A Virginia Walbot és a Timothy Kellycher Hypoxia által tárgyalt cikkből származó kép a kukorica meiotikus sorsszerzését idézi elő tudomány

Felmerül azonban egy másik kérdés: mennyire gyakori a vizsgált mechanizmus? Valóban, az érlelő testületek "elrejtőznek" egy levélcsatornában semmilyen módon sem minden növényben. Ha más növények alacsonyabb oxigénszintet is alkalmaznak az elkülönített sejtek differenciálására, akkor ezeknek a testrészeknek hipoxiát kell mesterségesen elrendezniük. Hogyan csinálják (és csinálják egyáltalán)? Remélhetőleg további kutatások találják a választ erre a kérdésre.

forrás:
1) Timothy Kelliher, Virginia Walbot. A hipoxiát kiváltó makrobiotikus sors felvétele a kukoricában // tudomány. V. 337. P. 345-348.
2) Clinton Whipple. A növényi csíra vonal-természete vagy tápláléka meghatározása? // tudomány. V. 337. P. 301-302.

Vera Bashmakova


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: