Sel jagung menjadi kekurangan oksigen secara seksual • Vera Bashmakova • Berita Sains mengenai "Unsur" • Biologi Molekul, Botani

Sel jagung menjadi kekurangan oksigen secara seksual

Rajah. 1. Ladang jagung. Imej dari laman web Virginia Walbot Lab

"Sifat atau pemeliharaan?" – "Alam atau dibesarkan?". Apa dalam kehidupan ditentukan oleh keturunan, dan apa yang dipengaruhi oleh alam sekitar? Apa yang diletakkan pada mulanya, dan apa yang boleh anda cuba ubah? Dan jika sesuatu ditentukan secara genetik, dan sesuatu yang berubah di bawah pengaruh alam sekitar, maka bagaimana membedakan satu dari yang lain? Persoalan ini boleh dirumuskan dengan sangat luas: berapa jumlah gen gennya mempengaruhi pembangunan tamadun, dan berapa banyak persekitarannya? Dan anda boleh sangat sempit: sejauh mana nasib sel pembahagi ditentukan oleh asalnya, dan di mana persekitaran di mana ia terletak? Dan jika jawapan yang lengkap untuk soalan pertama tidak mungkin diterima, jawapan kepada satu kes tertentu soalan kedua diterbitkan dalam terbitan terkini. Sains. Para penyelidik Amerika dapat membuktikan bahawa perkembangan sel-sel kuman jantan dalam jagung tidak ditentukan oleh keturunan, tetapi secara eksklusif oleh alam sekitar.

Dalam haiwan dan tumbuh-tumbuhan, sel-sel kuman berkembang dengan cara yang berbeza. Dalam organisma haiwan pada peringkat perkembangan embrio yang sangat awal, sel sel yang berasingan muncul, dari mana sel-sel gamet kemudian matang.Sekiranya garis ini dimusnahkan dengan sebab tertentu, tubuh akan selamanya kekal sia-sia. Tumbuh-tumbuhan, sebaliknya, mampu menghasilkan kemewahan menghasilkan sel-sel kuman seperti yang diperlukan, sudah dewasa.

Oleh itu, mengapa sel tumbuhan menjadi bersifat seks – adakah kerana ia berasal dari beberapa "pra-seks" yang istimewa, terdahulu, atau mereka terpaksa melakukannya oleh alam sekitar? Untuk mengetahui ini, Virginia Walbot, seorang pemimpin makmal di Stanford University, dan pelajarnya, Timothy Kelliher menjalankan kajian mendalam mengenai pembangunan debunga dalam anthers jagung.

Sebagai permulaan, saintis telah memerhatikan bagaimana anthers jagung biasanya berkembang, dan di mana sel-sel kuman sebenarnya berasal. Perlu diingat bahawa kepahlawanan pengarang kerja: mereka menjalankan hampir semua kajian "secara manual", memeriksa anthers pada peringkat perkembangan yang berbeza di bawah mikroskop konfocal. Untuk sepanjang masa kajian, beberapa ribu persiapan telah dipertimbangkan.

Akibatnya, ternyata perkara berikut. Dalam anthers termuda, kumpulan sel dijumpai yang berasal dari meristem, tisu pendidikan yang memainkan peranan yang sama dalam tumbuhan sebagai sel stem pada haiwan.Sel-sel ini kemudian dapat membezakan sama ada ke dalam lengkungan (sel-sel yang menimbulkan debunga) atau ke dalam sel somatik tambahan. Setiap anter terdiri daripada empat lobula, dan sel-sel pembentukan arkeologi berkembang di tengah-tengah lobulus, manakala sel bantu mengelilinginya dari semua pihak (Rajah 2).

Rajah. 2 Diagram pengaruh oksigen pada pembezaan sel dalam anthers jagung. Kotak pada jagung jagung (jagung) menanggung anthers (Anther), masing-masing terdiri daripada empat cuping dan mempunyai bentuk rama-rama di bahagian silang. Dalam sel anther yang tidak dibezakan, protein MSCA1 hadir, yang berfungsi lebih aktif, lebih kecil di sekitar oksigen (aktiviti MSCA1 tinggi dalam persekitaran hipoksik). Sekiranya MSCA1 aktif, maka ia akan menyebabkan sel-sel anther Awal untuk membezakan sel-sel germanium. Gerbang archesporus, sebaliknya, merembeskan protein MAC1 (sekresi MAC1), yang menyebabkan sel-sel di sekitarnya membezakan ke dalam sel tambahan (sel-sel pendukung Parietal). Imej dari artikel terhangat Clinton Whipple Menentukan Loji Alam Semulajadi atau Nurture? dalam Sains

Kenapa beberapa sel dari meristem menimbulkan lengkungan, sementara yang lain menimbulkan sel tambahan? Apa yang bergantung kepada? Dari keturunan (sel archesporia dan sel tambahan berkembang dari pelbagai jenis sel meristem) atau dari alam sekitar (sel meristemadalah sama, dan masa depan sel sedang bergantung kepada kedudukannya: jika di tengah, ia akan menjadi seksual, jika di pinggir – bantu)? Dan jika perkara itu berada di alam sekitar, maka faktor persekitaran ini menentukan nasib sel?

Untuk menjawab soalan ini, para penyelidik telah mengkaji secara terperinci gen-gen yang diperlukan untuk perkembangan anter yang betul. Salah satu daripada gen ini msca1, mempunyai kepentingan tertentu. Protein MSCA1 yang dikodkan oleh gen ini mengatalisis beberapa reaksi redoks dan oleh itu sangat sensitif terhadap perubahan dalam keseimbangan redoks sel (atau keseimbangan redoks, dari Bahasa Inggeris redox, merahuction-lembuidaman) dan termasuk kepada tahap oksigen. Ini mengetuai penyelidik untuk idea bahawa ia adalah keseimbangan redoks yang menentukan sama ada sel akan menjadi seksual atau kekal somatik. (Dalam beberapa kajian terdahulu, kepentingan keseimbangan redoks dalam pembezaan pelbagai jenis sel dalam tumbuhan telah ditunjukkan.)

Dalam jagung, panicles, yang mana anthers dibentuk, pada masa masak akan dibalut dengan "kepompong" muda, belum lagi daun berpasir begitu rapat sehingga udara segar tidak menembusi mereka; kepompong ini dibentangkan pada masa anthers sedang masak.Oleh itu, pada masa pematangan, anthers tertakluk kepada hipoksia, dan paling sedikit udara melintas ke bahagian tengah lobules, di mana sel-sel kuman terbentuk. Iaitu, menurut anggapan penyelidik, pembezaan sel-sel kuman berlalu begitu. Para anthers berada dalam suasana "kaku" (dengan kandungan oksigen yang rendah), dengan oksigen yang paling rendah ke sel-sel pusat. Protein MSCA1, dinyatakan dalam sel anther, bertindak lebih aktif, kurang oksigen di sekelilingnya; sekiranya ia cukup aktif, sel menjadi pintu gerbang. Di samping itu, pembezaan, lengkung memancarkan protein khas, MAC1, yang menyebabkan sel-sel di sekeliling menjadi bantu (Rajah 2).

Ia tetap untuk mengesahkan andaian ini dalam amalan.

Pada mulanya, para penyelidik yakin bahawa tahap oksigen di anthers sedang masak sangat rendah (hanya 1.2-1.4%, manakala di udara sekitar, oksigen adalah kira-kira 21%). Dan beberapa hari kemudian, apabila daun bertukar sedikit, tahap oksigen telah meningkat kepada 5%.

Sekarang perlu untuk membuktikan bahawa hipoksia benar-benar memberi kesan kepada perkembangan anthers.Para penyelidik melakukannya dengan mudah dan anggun: mereka memompa oksigen atau nitrogen ke dalam "kepompong" daun (Gambar 3), dan melihat bagaimana ini akan mempengaruhi perkembangan lengkungan.

Rajah. 3 Mengukur tahap oksigen di dalam daun "kepompong" di sekitar kumbang dengan probe berbentuk jarum (A) dan mengepam gas di sana dengan hos (B). Imej dari bahan tambahan kepada artikel yang dibincangkan oleh Virginia Walbot dan Timothy Kelikher Hypoxia Mencetuskan Pengambilalihan Meiotic Fate dalam Jagung Sains

Seperti yang dijangka oleh para saintis, dengan peningkatan paras oksigen, bilangan lengkungan menurun secara mendadak, dan apabila ia diturunkan (apabila anthers berada di atmosfer nitrogen), sebaliknya, ia meningkat dengan ketara (Rajah 4). Dalam hal ini dan dalam keadaan yang lain, lengkung boleh berkembang secara ektopikal – iaitu, bukan di mana ia harus: dalam suasana "mengoksida" oksigen yang tinggi mereka "merangkak" ke pusat dan kelihatan walaupun di tempat vasculature (sistem vaskular terletak di tengah-tengah anter). ); dalam "mengurangkan" suasana nitrogen, mereka, sebaliknya, "merebak" di sekitar pinggir dan berkembang, sebagai contoh, di tempat sel-sel epidermis terluar. Semua ini mengukuhkan teori asal bahawa ia adalah tahap oksigen yang menentukan nasib membezakan sel-sel anther.

Rajah. 4 Dalam suasana "oksidatif" oksigen (Oksigen, barisan teratas) sel-sel bengkok yang lebih kecil daripada dalam "mengurangkan" suasana nitrogen (Nitrogen, garis bawah). Nombor di atas menandakan panjang anter di mikrometer (anter lagi, yang lebih tua). Titik lilac ambil perhatian sel-sel perarakan, segi tiga putih – Periclinal (permukaan selari sel sel gergasi) mempunyai ciri-ciri sel tambahan. Imej dari artikel yang dibincangkan oleh Virginia Walbot dan Timothy Kellycher Hypoxia Mencetuskan Pengambilalihan Meiotic Fate dalam Jagung Sains

Walau bagaimanapun, satu lagi persoalan timbul: bagaimana kerapkah mekanisme dikaji? Sesungguhnya, anthers yang masak akan "bersembunyi" dalam kepompong daun tanpa cara dalam semua tumbuh-tumbuhan. Jika tumbuh-tumbuhan lain juga menggunakan tahap rendah oksigen untuk membezakan sel-sel anther, mereka perlu menyusun hipoksia secara buatan untuk anthers ini. Bagaimana mereka melakukannya (dan adakah mereka melakukannya sama sekali)? Semoga penyelidikan lebih lanjut akan dapat mencari jawapan kepada soalan ini.

Sumber:
1) Timothy Kelliher, Virginia Walbot. Hypoxia Mencetuskan Mayotic Fate Acquisition in Maize // Sains. V. 337. P. 345-348.
2) Clinton Whipple. Mendefinisikan Loji Germ-Line Nature atau Nurture? // Sains. V. 337. P. 301-302.

Vera Bashmakova


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: