과학자들은 이전에 알려지지 않은 식물 메커니즘을 발견하고 그 영향은 엄청날 수 있습니다

과학자들은 감수 분열의 출구를 발견했습니다. 애기장대 P-body에 의해 매개되는 번역 억제에 의해 구동

Albert Cairo, Karel Reha 및 그들의 동료들은 세포에서 세포로 분화할 때 전환하는 동안 유전자 발현을 재프로그래밍하는 이전에 확인되지 않은 메커니즘을 발견했습니다. 이 메커니즘은 유성 생식에 필요한 특수 세포 분열인 감수 분열이 끝날 때 발생하며 생식 세포와 꽃가루 알갱이가 분화되도록 합니다.

이 메커니즘은 액체 방울과 유사한 세포 내 응축액에서 필수 조절 구성 요소의 동적 국소화를 포함합니다. 이 과정은 종자 생산과 직접적인 관련이 있으며 혹독한 환경 조건을 견딜 수 있는 보다 지속 가능한 작물을 생산하는 새로운 방법을 제공할 수 있습니다. 그 결과는 최근 권위 있는 저널에 발표되었습니다. 과학.

광학현미경으로 찍은 들꽃. 크레딧: 중앙 유럽 공과 대학 – Masaryk University

세포는 고정된 것이 아닙니다. 그들은 한 유형에서 다른 유형으로 변경됩니다. 특정 유전자 세트의 활성화는 세포가 특정 작업을 완료하는 방법과 분열 또는 분화 시기에 영향을 미칩니다. Albert Cairo와 Karel Reha와 같은 세포 생물학자들은 다양한 최첨단 과학적 방법을 사용하여 정확한 식물 세계를 탐구합니다. 세포 생물학은 현재 세포 조직에 대한 전통적인 관점이 새로운 차원으로 확장되면서 혁명을 겪고 있습니다.

“우리는 이제 세포가 기존의 막으로 정의된 세포소기관을 포함할 뿐만 아니라 많은 분자 과정이 생체분자 콘덴서(바이오커패시터)라고도 하는 덜 특정한 세포소기관에 국한된다는 것을 알고 있습니다. 지난 10년 동안 이러한 바이오커패시터의 중요성이 시작되었습니다. 이 연구의 제1저자인 Albert Cairo는 “우리는 현재 감수분열이 끝날 때 특정 유형의 생물축합이 형성되고 단백질 합성을 억제하는 방법을 보여줌으로써 이 분야에 기여하고 있습니다.

카이로는 “이는 한편으로는 감수분열 과정을 끝내지만 다른 한편으로는 유전적으로 다른 세포 세대의 시작을 표시한다”고 덧붙였다. 하지만 그게 다가 아닙니다. 연구팀은 유사한 메커니즘이 세포 분화 또는 스트레스 반응을 포함하여 다른 유기체 및 세포 환경에서도 작동하고 있다고 믿습니다.

Karel Riha의 연구실 구성원에 의한 발견은 엄청난 사회적 영향을 미칠 수 있습니다.

알버트 카이로와 카렐 리하. 크레딧: 중앙 유럽 공과 대학 – Masaryk University

“우리는 기후 비상사태에 살고 있습니다. 식물은 고온과 가뭄을 포함한 광범위한 스트레스를 견딜 수 있지만 성장과 번식이 심각하게 손상될 수 있습니다. 이것은 인간의 필요를 충족시키기 위해 수확량을 늘려야 하는 경우에만 작물 수확량의 상당한 감소 위험에 처해 있음을 의미합니다. 이것이 바로 식물 연구가 이제 우선 순위가 되어야 하는 이유입니다.”라고 교신저자이자 연구 그룹 리더인 Karel Riha가 설명합니다.

실험실의 주요 임무는 많은 작물에서 수확량으로 변환되는 식물 번식 및 종자 형성과 밀접하게 관련된 기본적인 생물학적 과정을 밝히는 것입니다.

연구 결과에 따르면 생체 분자 콘덴서는 식물의 비옥도에 중요한 역할을 하며 이들의 행동은 환경 스트레스와 관련이 있을 수 있습니다. 따라서 우리의 발견이 극한 조건에서 지속 가능한 작물 생산으로 이어지는 새로운 솔루션을 개발하는 첫 번째 단계임이 분명합니다.”라고 Albert Cairo가 설명합니다.

팀이 수행해야 하는 기술적 기술은 정말 인상적이었고 이 연구는 과학 레하 연구소가 올바른 방향으로 가고 있으니 안심하십시오.

발견의 길

모델 식물의 감수 분열 연구 애기장대 특별한 도전입니다. 연구팀은 0.1~0.4mm의 작은 꽃봉오리 속에 숨어 있는 희귀하고 특이한 세포에 초점을 맞췄다. 또한, 연구에 초점을 맞춘 감수 분열의 단계는 빠르게 발생합니다. 전체 프로세스는 5-6 시간이 걸립니다. 따라서 잡기가 쉽지 않습니다. 연구팀은 이 과정을 탐구하기 위해 최신 기술과 많은 창의성과 상상력을 사용해야 합니다.

Riha의 팀은 다른 장기(수술에서 꽃가루가 들어 있는 부분) 내의 감수분열을 실시간으로 영상화할 수 있는 조건을 설정해야 했습니다. 팀은 고급 현미경을 사용하여 식물의 감수분열을 직접 모니터링할 수 있는 세계에서 두 개의 실험실 중 하나가 되었습니다. 팀이 얻은 또 다른 핵심 전문 지식은 원형질체 기술을 숙달하는 것이었습니다. 원형질체는 주변 세포벽이 제거된 분리된 식물 세포로, 현미경으로 쉽게 조작하고 시각화할 수 있습니다. 이 기술을 통해 팀은 감수 세포를 사용하는 것보다 더 빠르고 효율적으로 일부 문제를 해결할 수 있었습니다.

Anna Vargova는 새로 설명된 복잡한 메커니즘을 이해하는 데 상당한 기여를 했습니다. Pavlina Mikulkova는 Light-shit 현미경을 사용하여 감수분열의 살아있는 세포 이미징 동안 전문 지식을 제공하고 그녀의 마법의 손길을 빌려주었습니다. 연구팀은 CEITEC CELLIM 핵심 시설과 식물 과학 핵심 시설의 지원을 받았습니다. 이 연구는 8년 이상 소요되었으며 체코 교육부의 REMAP 청소년 및 스포츠 장학금 프로젝트의 지원을 받았습니다. “장기적인 자금 지원 없이는 이렇게 복잡한 프로젝트를 개발하는 것은 매우 어려울 것입니다. 사실 어느 시점에서 우리의 한계는 우리의 상상일 뿐이라는 생각이 들었고, 그것이 장기적으로 발견”이라고 Albert Cairo는 말합니다.

참조: “Meiotic Exodus in 애기장대 Albert Cairo, Anna Vargova, Neha Shukla, Claudio Capitao, Pavlina Mikulkova, Sona Valuchova, Jana Pecinkova, Petra Bulankova 및 Karel Riha의 P-체 매개 번역 억제에 의해 주도, 2022년 8월 4일, 과학.
DOI: 10.1126 / science.abo0904

흥미롭게도 이 프로젝트에는 CEITEC과 같은 국제 연구 기관에서는 이례적인 외부 협력이 포함되지 않았습니다. 이 경우 연구팀은 완전히 새로운 방향으로 접어들었고 연구는 Karel Riha의 연구 그룹 구성원에 의해 독점적으로 종료되었습니다.