Naukowcy w Wlk. Brytanii opracowali nowy sposób na wytwarzanie wodooszczędnych nasion, które ich zdaniem pomogą roślinom zwiększyć odporność na suszę, co pomoże poprawić globalne bezpieczeństwo zasobów żywności. Badania zostały częściowo sfinansowane ze środków projektu PHARMA-PLANTA (Zrekombinowane farmaceutyki roślinne do ochrony zdrowia człowieka), który otrzymał 12 mln EUR z tematu "Nauki o życiu, genomika i biotechnologia na rzecz zdrowia" Szóstego Programu Ramowego (6PR) UE.

Potrzeba wyhodowania roślin odpornych na suszę staje się coraz pilniejsza, ponieważ skutki zmiany klimatu zaczynają być odczuwalne na całym świecie i susza staje się problemem w coraz większej liczbie krajów, w tym także w tych, które zwykle nie były zbyt poważnie trapione przez to zjawisko. Zespół naukowców z Wydziału Nauk Przyrodniczych Uniwersytetu Warwick, pod przewodnictwem dr Lorenzo Frigerio, poczynił krok naprzód w kierunku znalezienia rozwiązania tego problemu, analizując dwa białka należące do dużej rodziny integralnych białek błonowych (MIP). Występują one powszechnie w żywych organizmach i wiadomo, że biorą udział w poborze wody.

Jako członek projektu PHARMA-PLANTA dr Frigerio badał system błon wewnętrznych i to właśnie te prace naprowadziły go na mechanizm molekularny opisany w toku jego najnowszych badań. Jego praca stanowi "wyśmienity przykład tego, jak koncepcje zrodzone na jednej ścieżce badań mogą wywrzeć wpływ na zupełnie nowe obszary nauki" - zauważa koordynator projektu PHARMA-PLANTA, Julian Ma z St. George's Uniwersytetu Londyńskiego w Wlk. Brytanii.

Pierwsze zbadane przez nich białka to białka błonowe (PIP) błony komórkowej. Ponieważ znajdują się zwykle w zewnętrznej osłonie komórki, białka PIP wzbudzały uwagę naukowców głównie jako prawdopodobna, pierwsza linia ochrony procesu transportu wody do i z komórki.

Z tego też względu zespół dr Frigerio skoncentrował swoje badania na drugiej grupie białek znanej pod nazwą białek integralnych tonoplastu (TIP). Tonoplast to błona otaczająca struktury wewnątrz komórki zwane wakuolami. Choć wydaje się, że białka TIP są w stanie zarządzać gospodarką wodną, fakt iż są skoncentrowane w tonoplaście spowodował, że zainteresowanie naukowców ich rolą w poborze wody było ograniczone. Wynika to także z tego, że tonoplast sam w sobie nie jest uważany za istotniejszy problem w kontekście wewnątrzkomórkowego przepływu wody, ponieważ jego przepuszczalność wody uważa się za znacznie większą niż w przypadku zewnętrznej błony komórkowej.

W opisywanych badaniach naukowcy przyjęli odwrotne podejście i stworzyli najpełniejszą jak dotąd mapę ekspresji roślinnych białek TIP. Mapa pokazuje, że białka TIP owszem odgrywają rolę w gospodarce wodnej podczas dojrzewania i kiełkowania nasiona. Co więcej, naukowcy doszli do wniosku, że prawdopodobnie odgrywają one zasadniczą rolę w gospodarce wodnej, ponieważ białek PIP dosłownie nie było widać nigdzie.

Po przestudiowaniu zbiorów danych z badań techniką microarray zespół stwierdził, że z 13 białek PIP zakodowanych w genomie Arabidopsis tylko 3 można wykryć w nasionach. Naukowcy odkryli także, iż owe 3 białka PIP pojawiły się dopiero po 60 godzinach od kiełkowania, czyli dopiero po zakończeniu najważniejszych etapów poboru wody przez kiełkujące ziarno. Z kolei stwierdzili też, że w fazie rozwoju i kiełkowania nasiona odnotować można bardzo wysoki poziom białka TIP3 w błonie komórkowej.

Dr Frigerio jest przekonany, że białko TIP3, oprócz zamieszkiwania w tonoplaście, werbowane jest do błony komórkowej w celu skompensowania braku - lub bardzo niskiego stężenia - białek PIP. "Jesteśmy teraz na dobrej drodze do rzeczywistego poznania mechanizmu regulacji poboru wody w rozwoju nasion i ich kiełkowaniu" - twierdzi zespół. "Ta wiedza pomoże naukowcom stworzyć nasiona, które będą w stanie stawić czoła wyzwaniom globalnej zmiany klimatu oraz bezpieczeństwa zasobów żywności poprzez większą odporność na suszę i lepszą gospodarkę wodną".

© Unia Europejska 2005-2011

Źródło: CORDIS

Referencje dokumentu: Gattolin, S., et al. (2011) Mapping of tonoplast intrinsic proteins in maturing and germinating Arabidopsis seeds reveals dual localization of embryonic TIPs to the tonoplast and plasma membrane. Molecular Plant 4: 180-189. DOI: 10.1093/mp/