Это просто виды задач, которые биологи завода стремятся понять с точностью, когда давление увеличивается, чтобы накормить рост численности населения в условиях беспрепятственного изменения климата. Но гормоны на заводах затрагивают такое большое разнообразие генов и деятельности завода, что мелкие детали гормональных ответов – в лучшем случае – темны.Исследователи в Вашингтонском университете развивали новый набор инструментов на основе измененных дрожжевых клеток, чтобы чесать, как гены завода и белки отвечают на ауксин, самый повсеместный гормон завода.
Их система, описанная в работе, опубликованной 19 сентября на Слушаниях Национальной академии наук, позволила им расшифровывать основные эффекты ауксина на разнообразную семью генов, которые заводы используют, чтобы обнаружить и интерпретировать управляемый ауксином сообщениями.«У ауксина есть различные сообщения в различных контекстах», сказали ведущий автор и подводный преподаватель биологии Дженнифер Немхэюзр. «Одна клетка отвечает на ауксин один путь, в то время как его сосед делает полную противоположность – два различных ответа от того же самого химиката. Что в этих клетках, оказывается, передает противоположные сообщения?»Как самый широко распространенный гормон завода, ауксин затрагивает почти каждый аспект биологии завода, включая рост, развитие и ответ напряжения.
Биологи давно знали о том ауксине действия на отрезках ДНК, названной покровителями, чтобы включить или выключить соседние гены. Но ауксин просто не включает или выключает все соседние гены. С ауксином некоторые гены включают, другие выключены, и еще более детальные ответы возможны. Белки завода добиваются этих различных ответов, связывая с ауксином и затем покровителям.
Некоторые белки уменьшают экспрессию гена, в то время как другие делают противоположное.«Есть большой объем поперечной связи между белками, и у заводов есть огромное количество генов, которые являются целями ауксина», сказал Немхаузер. «Это делает невероятно трудным расшифровать основной ауксин ‘кодекс’ в растительных клетках».Таким образом, команда Немхаузера переключилась от растительных клеток до подающих надежды дрожжей – одноклеточный гриб и популярный лабораторный инструмент. Исследователи спроектировали дрожжевые клетки, чтобы выразить белки, которые ответили на ауксин, таким образом, они могли иметь размеры, как ауксин изменил государство включения – выключения ключевых генов завода, которые они также вставили в клетки.
В сущности они соорудили дрожжи на скорую руку, чтобы ответить на ауксин. К Nemhauser это было простым изменением в подходе с потенциально огромной выплатой.«Мы изменили перспективу этой проблемы», сказал Немхаузер. «Вынимая вопрос ответа ауксина из заводов и восстанавливая его – часть частью – в дрожжах, мы смогли узнать части тот вопрос больше всего».Команда Немхаузера могла ввести различные белки ответа ауксина в измененные дрожжевые клетки, каждый раз имея размеры, как они изменили экспрессию гена в присутствии ауксина.
Их эксперименты показали основной «кодекс» передачи сигналов ауксина – как определенные комбинации белков подавления или активации могут связать с ауксином, ДНК и друг другом, чтобы затронуть клеточное поведение. Например, их эксперименты дрожжей показывают, что активирующий ген белок ARF19 должен связать с идентичным белком, чтобы полностью включить гены. С другой стороны, многим белкам подавления активности гена не нужен партнер, чтобы выключить гены.Эти и другие простые правила только показали ясно в системе дрожжей, разработанной командой Немхаузера.
Они проливают свет на сложное взаимодействие в клетках, которое пишет четкие установленные ауксином сообщения.«Это сложная комбинация факторов в клетках, которые, когда интерпретируется посредством этого взаимодействия, уступают, сложные выходные сигналы – как ‘Этот завод должны инвестировать энергию в создание листьев или корней?’» сказал Немхаузер. «И все это начинается с этого сложного танца между ауксином и отвечающими на ауксин белками».
Немхаузер надеется этот основанный на дрожжах инструмент, который она разработала с подводным электротехническим преподавателем Эриком Клэвинсом, покажет больше деталей действий ауксина в растительных клетках. И она надеется, что знание уполномочит обоих фермеров и генетиков завода в их поисках увеличивать урожайность и упругость перед лицом засухи и изменения климата.
«Эти инструменты могли сделать так много, потому что биологические системы более сложны, чем что-нибудь, что мы могли спроектировать», сказал Немхаузер. «И с правильными инструментами и знанием этих сигнализирующих о гормоне путей, мы будем знать точно, какие изменения – минимальный и целенаправленный – вызовут желаемые черты в зерновых культурах».