Planter omprogrammerer deres celler til at bekæmpe angribere. Sådan gør du

I krigstider genopretter fabrikkerne for at understøtte kampens behov. Samlebånd skifter kurs fra udskiftning af bildele til maskingevær eller fra at bygge vaskemaskiner til flymotorer.

For at høre professor Xinnian Dong fra Duke University fortælle det, kan planter også skifte fra fredstid til krigstidsproduktion.

Afgrøder og andre planter er ofte under angreb fra bakterier, vira og andre patogener. Når en plante fornemmer en mikrobiel invasion, foretager den radikale ændringer i den kemiske suppe af proteiner – livets arbejdshestmolekyler – inde i dens celler.

I de seneste år har Dong og hendes team stykket sammen, hvordan de gør det. I en ny undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Cell , Dong og førsteforfatter Jinlong Wang afslører nøglekomponenterne i planteceller, der omprogrammerer deres proteinfremstillingsmaskineri til at bekæmpe sygdom.

Hvert år går omkring 15 % af afgrødeudbyttet tabt på grund af bakterielle og svampesygdomme, hvilket koster den globale økonomi omkring 220 milliarder dollars. Planter er afhængige af deres immunsystem for at hjælpe dem med at kæmpe tilbage, sagde Dong.

I modsætning til dyr har planter ikke specialiserede immunceller, der kan rejse gennem blodbanen til infektionsstedet; hver celle i planten skal være i stand til at stå og kæmpe for at forsvare sig selv, hurtigt skifte til kamptilstand.

Når planter kommer under angreb, skifter de deres prioriteter fra vækst til forsvar, så celler begynder at syntetisere nye proteiner og undertrykke produktionen af ​​andre. Så "inden for to til tre timer vender tingene tilbage til det normale," sagde Dong.

De titusindvis af proteiner, der dannes i celler, udfører mange opgaver:katalyserer reaktioner, tjener som kemiske budbringere, genkender fremmede stoffer, flytter materialer ind og ud. For at bygge et specifikt protein transskriberes genetiske instruktioner i DNA'et pakket inde i cellens kerne til et budbringermolekyle kaldet mRNA. Denne streng af mRNA leder derefter ud i cytoplasmaet, hvor en struktur kaldet et ribosom "læser" beskeden og omsætter den til et protein.

I en undersøgelse fra 2017 fandt Dong og hendes team ud af, at når en plante er inficeret, bliver visse mRNA-molekyler oversat til proteiner hurtigere end andre. Hvad disse mRNA-molekyler har til fælles, opdagede forskerne, er en region i forenden af ​​RNA-strengen med tilbagevendende bogstaver i dens genetiske kode, hvor nukleotidbaserne adenin og guanin gentager sig selv igen og igen.

I det nye studie viser Dong, Wang og kolleger, hvordan denne region arbejder sammen med andre strukturer inde i cellen for at aktivere "krigstids"-proteinproduktion.

De viste, at når planter opdager et patogenangreb, fjernes de molekylære vejvisere, der signalerer det sædvanlige udgangspunkt for ribosomer til at lande på og aflæse mRNA, hvilket forhindrer cellen i at lave sine typiske "fredstids"-proteiner.

I stedet omgår ribosomer det sædvanlige udgangspunkt for translation ved at bruge regionen med tilbagevendende As og G'er i RNA-molekylet til docking og begynde at læse derfra i stedet.

"De tager dybest set en genvej," sagde Dong.

For planter er bekæmpelse af infektion en balancegang, sagde Dong. At allokere flere ressourcer til forsvar betyder, at mindre er tilgængeligt for fotosyntese og andre aktiviteter i livets virksomhed. At producere for mange forsvarsproteiner kan skabe sideskader:Planter med et overaktivt immunsystem lider af hæmmet vækst.

Ved at forstå, hvordan planter opnår denne balance, sagde Dong, håber forskerne at finde nye måder at konstruere sygdomsresistente afgrøder uden at gå på kompromis med udbyttet.

Dongs team lavede hovedparten af ​​deres eksperimenter i en sennepslignende plante kaldet Arabidopsis thaliana. Men lignende mRNA-sekvenser er blevet fundet i andre organismer, herunder frugtfluer, mus og mennesker, så de kan spille en bredere rolle i at kontrollere proteinsyntesen i både planter og dyr, sagde Dong. + Udforsk yderligere

Struktur af planteprotein fra 'glidefugle' kan føre til bedre afgrøder