高溫可以誘導(dǎo)植物的核糖核酸反應(yīng)

賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員說，更高的溫度可能會引發(fā)植物核糖核酸或核糖核酸(細(xì)胞遺傳信息系統(tǒng)的一部分)的反應(yīng)，以幫助管理環(huán)境的這種變化。

在一項(xiàng)關(guān)于水稻植株的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，熱量的突然增加導(dǎo)致植物RNA結(jié)構(gòu)的改變，這與信使RNA(或mRNA)的減少有關(guān)。mRNA分子是一種特定類型的RNA，在蛋白質(zhì)的制造過程中將DNA指令傳遞給細(xì)胞中的核糖體。Wall的生物學(xué)教授Sarah M. Assmann說，由于植物不能像人類一樣調(diào)節(jié)自身的溫度或移出熱源，這一過程可能是植物應(yīng)對高溫和干旱的方式之一。阿貝爾科學(xué)研究所。

研究人員今天(11月5日)在《美國國家科學(xué)院院刊》上發(fā)表了他們的研究成果。盡管這項(xiàng)研究可能是幫助農(nóng)民生產(chǎn)更多耐熱抗旱作物的重要第一步，但它可能是必要的?？茖W(xué)。assmann說：“大米是世界上一半人口的主食，它對世界上一些地區(qū)的自給農(nóng)業(yè)特別重要，因此是一種重要的糧食作物?！半S著氣候變化——我們需要增加糧食產(chǎn)量，以滿足世界日益增長的人口需求——我們一直在努力了解植物如何應(yīng)對氣候壓力，因此未來我們可能會改良通過育種或其他機(jī)制獲得的作物品種，以獲得更好的抗逆性和更高的產(chǎn)量?！?

化學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)杰出教授菲利普貝維拉夸(Philip Bevilacqua)說，研究人員檢查了14000多種不同的核糖核酸，以尋找分子復(fù)雜折疊結(jié)構(gòu)中可能預(yù)示急性熱應(yīng)激的變化。與DNA分子交織的雙鏈或雙螺旋不同，RNA是單鏈的?！耙?yàn)镈NA有兩條鏈，它確實(shí)鎖定了非常少的不同折疊，但是RNA，因?yàn)樗慌c另一條鏈結(jié)合，可以自我折疊，所以RNA中有更復(fù)雜的折疊，”Bevilacqua的。

為了產(chǎn)生熱應(yīng)激，研究人員將一組兩周大的水稻幼苗暴露在高于正常溫度-108華氏度-下僅十分鐘，并將這些植物與生長在72華氏度的對照組進(jìn)行比較。Bevilacqua說：“我們之所以選擇這么短的時間，是因?yàn)镽NA重折疊是一個快速的過程，而下游的過程，比如蛋白質(zhì)中產(chǎn)生的過程，則比較慢，我們對RNA重折疊的方式特別感興趣。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在熱脅迫下，植物核糖核酸的折疊比對照組更松散。然后，mRNA的擴(kuò)增與mRNA豐度的損失有關(guān)，表明mRNA的去折疊促進(jìn)其降解，這是細(xì)胞用來調(diào)節(jié)哪些基因表達(dá)以及何時表達(dá)的一種方法。assmann說：“我們發(fā)現(xiàn)的一個主要情況是，傾向于在其末端散開的RNA與這些RNA豐度的減少之間存在相關(guān)性，并且由于RNA編碼蛋白質(zhì)，因此可以粗略地推斷這將導(dǎo)致編碼蛋白質(zhì)的減少，包括酶和蛋白質(zhì)的所有無數(shù)功能。

根據(jù)Bevilacqua的說法，這個過程為下一步研究更耐熱和抗旱的作物提供了線索?！耙虼?，如果結(jié)構(gòu)的丟失導(dǎo)致豐度的丟失，如果豐度的丟失不是最優(yōu)的，那么你可以想象我們可以改變RNA末端的序列，使它們更加穩(wěn)定，從而穩(wěn)定那些蛋白質(zhì)的生產(chǎn)。”該論文的第一作者趙蘇說，這項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)了基因調(diào)控的新見解?！斑@項(xiàng)令人興奮的研究揭示了一個以前被忽視的新的基因調(diào)控層，”蘇說?！疤貏e是，我們發(fā)現(xiàn)編碼一種特定類型的調(diào)節(jié)蛋白——轉(zhuǎn)錄因子的mRNA會降解，尤其是在高溫下解折疊?！?

根據(jù)Bevilacqua和Assmann的研究，這種RNA分析是最早在沒有實(shí)驗(yàn)室跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)合作的情況下，分析植物自身或體內(nèi)RNA過程的研究之一。根據(jù)Assmann的說法，Bevilacqua和Assmann的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)合作了大約十年。“我真正認(rèn)為這項(xiàng)研究特別有趣的是，它結(jié)合了我們實(shí)驗(yàn)室所有不同的技能和才能，”assmann說?！斑@就是科學(xué)令人興奮的原因。”Assmann、Bevilacqua和Su與生物信息學(xué)和基因組學(xué)的研究生合作；化學(xué)專業(yè)研究生勞拉里奇；計(jì)算生物學(xué)博士后大衛(wèi)塔克；和植物生物學(xué)博士后孟。國家科學(xué)基金會的植物基因組研究計(jì)劃支持這項(xiàng)工作。

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