Cách chuyển đổi phân tử định hình sự phát triển của cơ quan thực vật

Sự phân cắt DAR2 của TMK1-EGFP chuyển nó từ màng sinh chất đến nhân của nguyên sinh chất gốc Arabidopsis. (A – H) Hình ảnh đồng bộ của nguyên bào gốc dar2-1 được biến đổi với TMK1-EGFP, histone HT2B-mCherry, và đột biến phân cắt có hoặc không có DAR2. HT2B-mCherry đánh dấu hạt nhân. Vị trí của TMK1-EGFP và HT2B-mCherry hiển thị dưới dạng huỳnh quang màu vàng. (Thanh tỷ lệ: 5 µm.) (I) Tỷ lệ EGFP khu trú hạt nhân / tổng số nguyên sinh chất ở các thể đột biến phân cắt TMK1-EGFP khác nhau. n = 20 nguyên bào từ mỗi thí nghiệm trong ba thí nghiệm độc lập. Tất cả đều được so sánh với mức TMK-EGFP không có 3HA-DAR2 và sự khác biệt có ý nghĩa được chỉ ra là * P <0,05. (Nguồn: Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (2022). DOI: 10.1073 / pnas.2205757119).

Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm John Innes và các đối tác tại Học viện Khoa học Trung Quốc đã xác định được một công tắc phân tử thiết lập sự phát triển khác biệt của tế bào và hình dạng cơ quan.

Chất điều hòa sinh trưởng auxin thúc đẩy sự phát triển của tế bào thông qua một protein bề mặt được gọi là Transmembrane Kinase 1 (TMK1). Ở bề mặt tế bào, TMK1 điều chỉnh các đặc tính của thành tế bào tạo điều kiện cho tế bào phát triển. Tuy nhiên, TMK1 cũng báo hiệu một hiệu ứng chậm phát triển ngược lại trong nhân tế bào, nơi nó kìm hãm sự phát triển của tế bào bằng cách giảm biểu hiện gen qua trung gian auxin.

Tiến sĩ Benguo Gu và các đồng nghiệp của ông đã chỉ ra cách TMK1 thực hiện các chức năng dường như đối lập này trong các phần khác nhau của tế bào. Điều này liên quan đến sự phân cắt của protein TMK1 ở bề mặt tế bào và chuyển một phần của protein bị phân cắt vào nhân. Mặc dù quá trình này khá phổ biến, nhưng việc xác định các protein phân cắt liên quan gặp nhiều khó khăn do những trở ngại về kỹ thuật.

Các protein liên quan là thành viên của họ peptidase DA1. Các enzym này phân cắt nhiều loại protein liên quan đến các phản ứng tăng trưởng và góp phần định hình sự phát triển của các cơ quan. Việc chứng minh sự phân cắt họ DA1 của TMK1 cho thấy cách chúng điều chỉnh dòng thông tin từ bề mặt tế bào đến nhân để định hình kích thước tế bào và sự phát triển của cơ quan. Việc xác định các quy trình này đóng góp quan trọng vào sự hiểu biết của chúng ta về sự phát triển của thực vật.

Tiến sĩ Gu, trợ lý nghiên cứu tại Trung tâm John Innes cho biết: "Công trình nghiên cứu của họ đã chứng minh các peptidase thuộc họ DA1 có chức năng trong việc truyền tín hiệu hormone, chỉ ra một cơ chế chung để truyền tín hiệu từ màng sinh chất đến nhân. Các phát hiện có khả năng cung cấp một cách để cải thiện sự xuất hiện của hạt giống cây trồng".

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Phys.org