นักวิทยาศาสตร์พืชที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์และบอร์กโดซ์ได้ค้นพบยีนที่พวกเขาหวังว่าจะสามารถนำมาใช้เพื่อขยายคอขวดการค้าสารอาหารและอาจเพิ่มผลผลิตพืช นักวิทยาศาสตร์พืชทั่วโลกกำลังทำงานในกลยุทธ์ต่างๆ มากมายเพื่อเพิ่มผลผลิตพืชผลอย่างยั่งยืน การเพิ่มประสิทธิภาพในการขนส่งน้ำตาล โปรตีน และสารอาหารอินทรีย์อื่นๆ ระหว่างพืชระหว่างส่วนต่างๆ ของพืชเป็นหนึ่งในแนวทางที่อาจนำไปสู่การปฏิวัติเขียวครั้งต่อไป
การมีความเข้าใจในปัจจัยที่ส่งผลต่อการขนส่งในท้องถิ่น
และทางไกลภายในโรงงานอาจทำให้นักเทคโนโลยีชีวภาพของพืชสามารถขยายพันธุ์พืชที่มีประสิทธิผลมากขึ้นในอนาคต ในท้ายที่สุด อาจเป็นไปได้ที่จะส่งสารอาหารอินทรีย์ไปยังส่วนต่างๆ ของพืชที่เก็บเกี่ยวโดยตรง (เมล็ดพืช ผลไม้ และหัวเก็บ) ทีมวิจัยของศาสตราจารย์ Yrjö Helariutta ที่ Sainsbury Laboratory Cambridge University (SLCU) และทีมของ Dr Emmanuelle Bayer ที่มหาวิทยาลัย Bordeaux/CNRS ได้ทำให้เป้าหมายนี้ใกล้ขึ้นอีกขั้นด้วยการค้นพบ Phloem Unloading Modulator (PLM) ซึ่งเป็นยีนใหม่ที่มีผลต่อการค้าสารอาหารโดย การเปลี่ยนช่องทางที่เชื่อมต่อเซลล์พืชใกล้เคียงที่เรียกว่าพลาสโมเดสมาตา แชนเนลที่มีเมมเบรนระดับนาโนเหล่านี้จะผ่านแนวกั้นผนังเซลล์เพื่อเชื่อมโยงเซลล์พืชเข้าด้วยกันและทำให้ถ่ายโอนสารสำคัญได้ (ดูหมายเหตุ)
การศึกษาที่ตีพิมพ์ในวันนี้ในNature Plantsแสดงให้เห็นว่า พืชกลายพันธุ์ Arabidopsis thalianaที่ขาดยีน PLM ถูกพบว่าปล่อยสารจาก phloem (เนื้อเยื่อเฉพาะสำหรับการขนส่งทางไกล) ที่ปลายรากของพวกมันมากขึ้น การใช้โปรตีนเรืองแสงเป็นตัวแทนสำหรับโมเลกุลขนาดใหญ่ นักวิทยาศาสตร์สามารถเห็นได้ว่ายีน PLM มีผลการควบคุมที่ชัดเจนต่อปริมาณของการปลดปล่อยโฟลเอ็ม เพื่อค้นหาว่ายีนทำเช่นนี้ได้อย่างไร พวกเขาจึงพิจารณาสิ่งที่เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานเซลล์ต่างๆ ในรากของต้นกล้า
Dr Dawei Yan หัวหน้าทีมวิจัยจาก Sainsbury Laboratory ของเคมบริดจ์ อธิบายว่า “เราพบว่าการกลายพันธุ์ PLM ช่วยลดปัญหาคอขวดของการค้ามนุษย์ ซึ่งก่อนหน้านี้ได้ลดการเคลื่อนไหวภายนอกของสารอาหารจากระบบหลอดเลือดไปยังเนื้อเยื่อที่เติบโตอย่างรวดเร็วในราก
PLM ทำหน้าที่เฉพาะที่ส่วนต่อประสานระหว่าง phloem pole pericycle (PPP) และเซลล์ endodermal ซึ่งเป็นส่วนต่อประสานที่สำคัญสำหรับการเคลื่อนที่ในแนวรัศมีของสารหลังจากการขนถ่าย การกำจัดกิจกรรมของยีน PLM สามารถทำให้พืชขนส่งสารอาหารไปยังที่ที่ต้องการได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น”
ผลจากการขนถ่ายที่เพิ่มขึ้น รากในพืชกลายพันธุ์จึงเติบโตเร็วขึ้นและนานขึ้น
การตรวจสอบระดับโมเลกุลและพันธุกรรมเพิ่มเติมยังเปิดเผยว่า PLM เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ทางชีวเคมีของสฟิงโกลิปิด ซึ่งเป็นกลุ่มของลิปิดที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาพืชและการตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อม ในขณะที่ทีมของดร.ไบเออร์ได้แสดงให้เห็นก่อนหน้านี้ว่าเยื่อหุ้มของพลาสโมเดสมาตานั้นอุดมไปด้วยสฟิงโกลิปิด นี่เป็นการศึกษาครั้งแรกที่เชื่อมโยงสฟิงโกลิปิดกับการทำงานของพลาสโมเดสมาตา
ขั้นตอนต่อไปคือการพิจารณาว่า PLM ส่งผลต่อการนำไฟฟ้าระหว่างเซลล์อย่างไร ทีมงานมองว่า PLM มีอิทธิพลต่อความหนาแน่นของพลาสโมเดสมาตาหรือไม่ ทีมงานยังยืนยันด้วยว่า PLM ไม่ได้ปรับเปลี่ยนการสะสมแคลโลส ซึ่งเป็นตัวควบคุมการซึมผ่านของพลาสโมเดสมาตาเพียงตัวเดียวที่รู้จักกันดี
Andrea Paterlini ผู้เขียนคนที่สองและนักศึกษาระดับปริญญาเอกในกลุ่ม Helariutta เดินทางไปฝรั่งเศสเพื่อทำงานร่วมกับ Dr Bayer เพื่อดูว่า PLM มีผลกระทบต่อโครงสร้าง plasmodesmata หรือไม่ พวกเขาใช้เอกซ์เรย์อิเล็กตรอนเพื่อสร้างแผนที่ 3 มิติของช่องสัญญาณในระดับนาโนเมตร
Paterlini กล่าวว่า “สิ่งนี้ทำให้เราสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงที่ดีของสถาปัตยกรรมพลาสโมเดสมัลได้ เราพบพลาสโมเดสมาตาที่เรียบง่ายและแตกแขนงในสัดส่วนที่เท่ากันทั้งในพืชกลายพันธุ์ plm และพืชป่า อย่างไรก็ตาม พืชที่ไม่มี PLM จะมีเพียงพลาสโมเดสมาตา Type I เท่านั้น (ดูหมายเหตุ) แทนที่จะพบทั้งสองประเภทตามปกติ
“แบบจำลองก่อนหน้านี้สันนิษฐานว่าขนาดของปลอกหุ้มไซโตพลาสซึม (ระยะห่างระหว่างเอนโดพลาสมิกเรติคิวลัมและเยื่อหุ้มพลาสมาในพลาสโมเดสมาตา) จะมีความสัมพันธ์เชิงบวกกับความสามารถในการขนส่ง ผลลัพธ์ของบทความของเราท้าทายสิ่งนี้และแสดงให้เห็นว่าพลาสโมเดสมาตา Type I ซึ่งมีปลอกไซโตพลาสซึมที่แคบมาก จริง ๆ แล้วมีความนำไฟฟ้ามากกว่าพลาสโมเดสมาตา Type II ซึ่งมีปลอกหุ้มไซโตพลาสซึมแบบเปิด”
ศาสตราจารย์ Helariutta กล่าวว่า “ความสัมพันธ์ระหว่างการทำงานของยีน (การสังเคราะห์ไขมัน) กับการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างพื้นฐานของพลาสโมเดสมาตาน่าจะเป็นผลมาจากข้อบกพร่องในการจัดระเบียบของ tethers ที่แยกเยื่อหุ้มพลาสมาออกจากเอนโดพลาสมิกเรติเคิลภายในพลาสโมเดสมาตา: ผลลัพธ์นี้ ในพลาสโมเดสมาตาส่วนใหญ่ไม่มีปลอกหุ้มไซโตพลาสซึมที่มองเห็นได้ในพืชที่มียีน PLM ที่กลายพันธุ์
“ยังมีคำถามใหม่ๆ มากมายที่ต้องตอบสำหรับการวิจัยในอนาคต เช่น อย่างไรและทำไม plasmodesmata ที่ไม่มีปลอกหุ้มไซโตพลาสซึมจึงมีอัตราการลักลอบค้ามนุษย์ที่สูงขึ้น และเมแทบอลิซึมของสฟิงโกลิปิดสัมพันธ์ทางกลไกกับการทำงานของ PLM อย่างไรและอย่างไร
“อย่างไรก็ตาม งานวิจัยชิ้นนี้ได้พัฒนาความเข้าใจของเราเกี่ยวกับปัจจัยที่ควบคุมการขนส่งธาตุอาหารพืช มีความจำเป็นเร่งด่วนในการพัฒนาพืชผลให้มีประสิทธิภาพธาตุอาหารเพิ่มขึ้น ทั้งเพื่อลดการใช้ปุ๋ยและเพิ่มผลผลิตของพืช ในที่สุดเราอาจใช้ข้อมูลนี้เกี่ยวกับการขนส่งสารอาหารเพื่อแบ่งสารอาหารระหว่างอวัยวะต่างๆ และสารอาหารโดยตรงจากลำต้นและใบไปยังผลไม้และอวัยวะในการเก็บรักษาได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น”
Credit : winxforums.com prosperityvas.com gucciusaoutlet.net dodgermath.com yimkwikwqa.com fastcashinminutes.net phanmemvuonxa.com ebonyistatefrc.com jasminekruger.com tigersofindia.net
