นักวิทยาศาสตร์สำรวจความสำคัญของช่องสองรูพรุนในพืช

ช่องสองรูพรุน (TPCs) เป็นช่องไอออนโบราณที่มีอยู่ในเซลล์ของสัตว์และพืช ในสัตว์รวมทั้งมนุษย์ ช่องไอออนเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในกิจกรรมทางชีววิทยาในเนื้อเยื่อต่างๆ เช่น ในสมองและระบบประสาท พืชบกทุกชนิดประกอบด้วย TPC ยีน; ในพืชที่มีหลอดเลือดสูงหลายชนิด เช่น Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) และ Oryza sativa (ข้าว) เดียว TPC ยีนมีส่วนร่วมในกิจกรรมของช่องสัญญาณแวคิวโอลาร์ช้า (SV) (ช่องไอออนบวกที่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้า) พร้อมกับการส่งสัญญาณทางไกล การป้องกัน และการตอบสนองต่อความเครียดจากสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม ไม่ค่อยมีใครรู้จักเกี่ยวกับการทำงานของโปรตีน TPC ในมอสและตับอ่อน ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตที่เก่าแก่ที่สุดในโลก

ในการศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้ ทีมนักวิจัยที่นำโดย Prof. Kazuyuki Kuchitsu จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์แห่งโตเกียว ประเทศญี่ปุ่น ได้ร่วมมือกับนักวิจัยจาก Maria Curie-Sklodowska University ประเทศโปแลนด์ เพื่อสำรวจความสำคัญทางวิวัฒนาการและสรีรวิทยาของช่องสัญญาณสองรูในช่อง -ดอกไบรโอไฟต์ Marchantia polymorpha บทความที่เป็นที่รู้จักและชื่นชมอย่างกว้างขวางของพวกเขา ซึ่งกล่าวถึงการศึกษานี้อย่างละเอียด ได้รับการตีพิมพ์ครั้งแรกทางออนไลน์ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2564 และต่อมาได้มีการจัดพิมพ์ในฉบับเดือนกุมภาพันธ์ใน สรีรวิทยาพืชและเซลล์ บทความนี้ยังได้รับเลือกให้เป็นบทความ “Editor’s Choice” และ “Research Highlight” สำหรับวารสารซึ่งได้ตีพิมพ์ความคิดเห็น

M. polymorpha หรือ liverwort ทั่วไป เติบโตเป็นแผ่นบาง ๆ สีเขียวแบนบนดินหรือหินที่ชื้น และเป็นพืชที่ยังหลงเหลือสืบเชื้อสายมาจากพืชที่เก่าแก่ที่สุดต้นหนึ่งมาตั้งรกรากในดินแดน M. polymorpha เป็นสิ่งมีชีวิตต้นแบบที่เรียบง่ายซึ่งใช้ในการวิเคราะห์ลักษณะทั่วไปของพืชบนบก ”เราตระหนักว่าจีโนมของ M. polymorpha มีโฮโมล็อก TPC สามแบบ: MpTPC1, 2 และ 3 ซึ่งเป็นของกลุ่มที่แตกต่างกันสองกลุ่ม คือยีน TPC ชนิดที่ 1 และชนิดที่ 2 เรามุ่งที่จะทราบว่ากลุ่มย่อยของโปรตีน TPC ทั้งสองกลุ่มนี้ทำอะไรใน M. polymorpha” Prof. Kuchitsu อธิบาย

ในการทำเช่นนั้น นักวิจัยได้ทำการวิเคราะห์สายวิวัฒนาการของยีน TPC ในเชื้อสายพืชสีเขียวก่อน จากนั้นจึงจำแนกโปรตีน TPC สามชนิด: MpTPC1 จากยีน Type 1 TPC และ MpTPC2 และ MpTPC3 จากยีน Type 2 TPC การติดแท็กโปรตีนเหล่านี้ด้วยเครื่องหมายเรืองแสง พวกเขาศึกษาการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในเซลล์ M. polymorpha โดยการแก้ไขจีโนม CRISPR-Cas9 นักวิจัยได้พัฒนาพืชกลายพันธุ์ที่ไม่มียีน TPC1, TPC2 หรือ TPC3 ที่ใช้งานได้และพืชกลายพันธุ์คู่ที่ไม่มีการทำงานของยีน TPC2 และ TPC3 จากนั้น โดยการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าสรีรวิทยา patch-clamp พวกเขาวัดกระแสไอออนิกในแวคิวโอลที่แยกจากกันจากเซลล์ที่มีชีวิตของพืช M. polymorpha

ผลของการวิเคราะห์สายวิวัฒนาการให้ข้อมูลเชิงลึกที่น่าสนใจเกี่ยวกับประวัติศาสตร์วิวัฒนาการของ M. polymorpha “ต่างจากยีน TPC ชนิดที่ 1 ซึ่งได้รับการอนุรักษ์ไว้อย่างดีในพืชบกทุกชนิด พบ TPC ชนิดที่ 2 ในสาหร่าย สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าแม้ว่า TPC ประเภทที่ 2 จะเกิดขึ้นก่อนที่พืชจะเข้ามาตั้งรกรากในแผ่นดิน แต่ก็ล้มเหลวในการเข้าสู่จีโนม ของพืชที่มีหลอดเลือดและฮอร์นสูงกว่า” ศ.คูชิตสึกล่าว

นักวิจัยยังพบว่าโปรตีน TPC ทั้งสามชนิดนี้มีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นที่เมมเบรนของแวคิวโอลาร์ของ M. polymorpha การกลายพันธุ์ที่ไม่มียีน TPC1 ที่ทำงานได้นั้นไม่แสดงกิจกรรมของช่องสัญญาณ SV แต่การกลายพันธุ์ที่ไม่มีฟังก์ชัน TPC2, TPC3 หรือทั้งสองอย่าง แสดงกิจกรรมช่องสัญญาณ SV ตามปกติ โมเลกุล เช่น phosphatidylinositol-3,5-bisphosphate และ nicotinic acid adenine dinucleotide phosphate ที่กระตุ้น TPC ของเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ไม่ส่งผลต่อการทำงานของช่องไอออนในแวคิวโอลที่แยกได้ของพืชกลายพันธุ์ ศ.คูชิตสึคาดการณ์ว่า “ข้อสังเกตเหล่านี้เมื่อเชื่อมโยงเข้าด้วยกัน ชี้ให้เห็นว่า TPC ชนิดที่ 1 ซึ่งพบได้ทั่วไปในพืชบกทุกชนิด มีหน้าที่สร้างช่อง SV ในเยื่อหุ้มแวคิวโอลาร์ แต่ TPC ชนิดที่ 2 มีแนวโน้มจะเข้ารหัสช่องไอออนที่ แตกต่างจากช่อง SV และ TPC ของสัตว์”

ผลการวิจัยของทีมได้ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการทำงานและวิวัฒนาการที่จำเป็นมากในตระกูล TPC ที่สำคัญแต่เข้าใจยากในพืชและในช่องไอออนของพืชโดยทั่วไป ด้วยตาของพวกเขาในการวิจัยในอนาคต พวกเขายังตั้งเป้าที่จะใช้ข้อมูลเชิงลึกจากประวัติศาสตร์วิวัฒนาการของพืช เพื่อปรับปรุงการเจริญเติบโตของพืชและกลไกการป้องกันต่อความเครียดจากสิ่งมีชีวิตและสิ่งมีชีวิต สิ่งนี้อาจเป็นประโยชน์ต่ออุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การเกษตร เป็นต้น

เงินทุนสำหรับการวิจัยครั้งนี้ได้รับทุนจากสมาคมส่งเสริมวิทยาศาสตร์แห่งประเทศญี่ปุ่นและศูนย์วิทยาศาสตร์แห่งชาติโปแลนด์

ที่มาของเรื่อง:

วัสดุที่จัดทำโดย มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์โตเกียว. หมายเหตุ: อาจมีการแก้ไขเนื้อหาสำหรับรูปแบบและความยาว

.

(Visited 1 times, 1 visits today)

Be the first to comment

Leave a comment

Your email address will not be published.


*