Nyligt identificerede gener kan hjælpe med at beskytte afgrøder mod oversvømmelser

Forskere ved Hiroshima University er tættere på at identificere de molekylære processer, der ligger til grund for, hvordan oversvømmelser berøver planter ilt - og hvordan man konstruerer hårdere afgrøder.

Oversvømmelser er ifølge Verdensbanken en global risiko, hvor milliarder af menneskers liv og ejendom er truet. Endnu flere mennesker risikerer at sulte som en afsmittende effekt af oversvømmelser:Vandet kan drukne afgrøder. Nu kommer forskere tættere på at identificere de molekylære processer, der ligger til grund for, hvordan oversvømmelser berøver planter ilt – og hvordan man konstruerer hårdere afgrøder.

Gennem en meta-analyse, som involverer re-analyse af data fra andre undersøgelser i massevis, afslørede holdet fra Hiroshima University's Graduate School of Integrated Sciences for Life flere almindelige gener og deres relaterede mekanismer i ris (Oryza sativa) og thale karse (Arabidopsis thaliana) ).

De offentliggjorde deres resultater den 19. juli i Life .

"Hypoxi er et abiotisk stress for planter, der ofte forårsages af oversvømmelser," sagde førsteforfatter Keita Tamura, med henvisning til iltmangel forårsaget af overmætning. "Selvom der tidligere er udført mange undersøgelser, troede vi, at skjulte biologiske mekanismer kunne findes ved at analysere flere undersøgelser gennem en meta-analyse af offentligt tilgængelige data."

Holdet fokuserede på ris og thale karse, da genetikken for begge er blevet grundigt undersøgt, hvilket giver rigelige mængder af data. Ris betragtes også som en af ​​verdens vigtigste afgrøder, der tjener som basisføde for mere end fire milliarder mennesker, ifølge Consultative Group for International Agricultural Research, så det er vigtigt at forstå, hvordan man forhindrer en hypoksi-reaktion i planten, sagde Tamura .

Forskerne identificerede 29 par RNA-sekventeringsdata for thale karse og 26 par for ris til planterne i både normale ilt- og iltberøvede tilstande fra de tilgængelige datasæt. RNA-sekventering involverer transskribering af individets genetiske tegninger på et bestemt tidspunkt, hvilket betyder, at dataene kan bruges til at undersøge, hvilke gener der udløste hvilke ændringer, ifølge den tilsvarende forfatter professor Hidemasa Bono.

"Ved at analysere RNA-sekventeringsdata for hypoxibehandlinger i thalekarse og ris, identificerede vi 40 og 19 almindeligt opregulerede og nedregulerede gener i begge arter," sagde Bono. "Blandt dem var nogle WRKY-transkriptionsfaktorer og cinnamat-4-hydroxylase, hvis rolle i hypoksirespons forbliver ukendt, almindeligvis opreguleret i både thalekarse og ris."

Ifølge Bono betyder denne almindelige opregulering, at disse molekylære maskineri blev mere aktive under iltmangel, hvilket indikerer, at de har specifikke mekanistiske ansvar for, hvordan planterne reagerer.

Bono og Tamura sammenlignede deres resultater med en lignende metaanalyse af hypoxi i humane celler og vævsprøver. De fandt, at to af de almindeligt opregulerede gener i ris og thalekarse var nedreguleret i deres menneskelige modstykker.

"Vores meta-analyse tyder på forskellige molekylære mekanismer under hypoxi hos planter og dyr," sagde Bono. "Kandidatgener identificeret i denne undersøgelse forventes at belyse nye molekylære mekanismer for hypoxiresponser i planter. I sidste ende planlægger vi at manipulere et af kandidatgenerne gennem genomredigeringsteknologi for at skabe oversvømmelsestolerante planter." + Udforsk yderligere

Metaanalyse af to typer molekylære belastninger afslører fælles faktorer