Badania nad śmiercią komórek roślinnych mogą przyczynić się do rozwoju upraw
Zaprogramowana śmierć komórek to podstawowy proces związany z utrzymaniem prawidłowego rozwoju i zdrowia wszystkich organizmów wielokomórkowych. U zwierząt zaprogramowana śmierć komórek pozwala utrzymać odpowiednią liczbę komórek w organach, wspomaga usuwanie zbędnej tkanki i umożliwia eliminację zakażonych lub zmutowanych komórek. „Ponieważ wady w mechanizmie regulującym zaprogramowaną śmierć komórek prowadzą u ludzi do poważnych chorób, analogiczne mechanizmy u zwierząt mamy zbadane całkiem dobrze”, wyjaśnia koordynator projektu PROCELLDEATH Moritz Nowack, profesor belgijskiego Centrum badań nad układami roślinnymi VIB-UGent. „Jednak u roślin również rozwinęły się formy tego mechanizmu, które mają kluczowe znaczenie dla ich rozwoju i odpowiedzi immunologicznej. Nie przekłamię, jeśli powiem, że rośliny nie mogłyby istnieć w znanej nam postaci, gdyby nie zaprogramowana śmierć komórek”. Pomimo jej wagi jako podstawowego mechanizmu regulującego rozwój roślin nadal na temat zaprogramowanej śmierci komórek u tych gatunków wiemy niewiele. „Zaprogramowana śmierć komórek to proces zachodzący bardzo gwałtownie, często niemalże bez śladów”, zauważa Nowack. „Dopiero niedawno uświadomiliśmy sobie istnienie, a także czynną regulację wielu odmian zaprogramowanej śmierci komórek związanej z rozwojem roślin. W efekcie badania dotyczące zaprogramowanej śmierci komórek u roślin to nadal dziewiczy obszar na polu nauki”.
Sedno sprawy
Projekt PROCELLDEATH, mający na celu umożliwienie lepszego zrozumienia roli, jaką zaprogramowana śmierć komórek odgrywa w życiu roślin, rozpoczął się w 2015 r. Nowack jest przekonany, że dzięki prowadzonym w jego obrębie badaniom naukowcy będą mogli opracować nowe strategie zwiększania odporności upraw na stres środowiskowy. Ma to szczególne znaczenie w dobie zmian klimatu. „Przed przystąpieniem do pracy nad projektem odkryliśmy zachodzenie procesu zaprogramowanej śmierci komórek w czapeczce korzenia rzodkiewnika pospolitego. „Zaprogramowana śmierć komórek czapeczki korzenia, która znajduje się na samym skraju rosnącego korzenia, pozwala usuwać stare komórki czapeczki korzenia”. Bazując na tej pracy, Nowack postawił sobie za cel znalezienie sygnałów komórkowych i mechanizmów odpowiedzialnych za wykonanie w starannie wskazanym momencie zaprogramowanej śmierci komórek. W tym celu zespół wykorzystał kilka najnowszych osiągnięć w dziedzinie, w tym genetykę roślin, obrazowanie żywych komórek i edytowanie genomu. Z ich pomocą naukowcy mogli wskazać specyficzne geny docelowe powiązane z mechanizmem zaprogramowanej śmierci komórek, za których regulację odpowiadają kluczowe czynniki transkrypcyjne. Czynniki te mogą włączać programy zaprogramowanej śmierci komórek nie tylko w czapeczce korzenia, lecz zasadniczo w dowolnej komórce rośliny. „Opracowaliśmy także nowe podejście do mutowania tych genów docelowych, CRISPR-TSKO, w sposób, który nie zakłóca rozwoju korzenia czy całej rośliny”, mówi badacz.
Zrównoważone rozwiązania
Projekt PROCELLDEATH może utorować nam drogę do nowych rozwiązań do stosowania w rolnictwie. „Współpracowaliśmy z głównymi producentami nasion w Stanach Zjednoczonych, aby zbadać możliwość opóźnienia zaprogramowanej śmierci komórek podczas rozrodu roślin”, zauważa Nowack. „W ten sposób moglibyśmy ustabilizować uzysk ze zbioru nasion”. Przeniesienie wyników badań do zastosowań w rolnictwie nie jest jednak proste ze względu na ograniczenia prawne związane z celowaną poprawą jakości zbóż. Niemniej strategia oceny ryzyka mogłaby sprawić, że uzyskane wyniki przyczyniłyby się bardziej bezpośrednio do tworzenia praktyk rolniczych. „Chciałbym, aby nasza praca wniosła urozmaicenie w rozwój nowych odmian zbóż”, mówi uczony. „To pomogłoby nam zapewnić bezpieczeństwo żywnościowe i poprawić stopień ochrony środowiska, ponieważ korzystalibyśmy z zasobów naturalnych w sposób zrównoważony”. Tak czy inaczej wyniki badań stanowiły krytyczny impuls do podjęcia takich badań w Europie. „Mamy teraz doskonałą pozycję, by zbadać najbardziej wymagający aspekt zaprogramowanej śmierci komórek, jakim jest wskazanie konkretnych mechanizmów, które w jej ramach czynnie kończą funkcjonowanie komórki w kontrolowany sposób”, dodaje Nowack. „Wyniki te przyczynią się także do uznania zaprogramowanej śmierci komórek jako głównego mechanizmu rozwoju roślin i zachęcą botaników do studiowania tych fascynujących procesów”.
Słowa kluczowe
PROCELLDEATH, rośliny, komórka, zboża, wielokomórkowy, rakotwórczy, zaprogramowana śmierć komórek, biolodzy, CRISPR-TSKO
