Eine wegweisende Studie beleuchtet die evolutionäre Erhaltung der Stammzellhomöostase bei Nachtschattengewächsen und zeigt, wie Rezeptorkompensationsmechanismen die kontinuierliche und geordnete Bildung von Pflanzenorganen gewährleisten. Diese Forschung deckt das genetische Zusammenspiel auf, das das Gleichgewicht der Stammzellen aufrechterhält, und bietet neue Perspektiven für die Verbesserung von Nutzpflanzen und die Steigerung ihrer Widerstandsfähigkeit.
Die Homöostase der Stammzellen ist für die kontinuierliche Bildung von Pflanzenorganen von entscheidender Bedeutung. Dieser Prozess beinhaltet komplexe Wechselwirkungen zwischen Peptidliganden und ihren rezeptorähnlichen Kinasen. Aufgrund der dynamischen Natur des Pflanzengenoms ist das Verständnis dieser Mechanismen entscheidend für die Verbesserung der Widerstandsfähigkeit und Produktivität von Nutzpflanzen. Aufgrund dieser Herausforderungen ist es unerlässlich, eingehende Forschungen durchzuführen, um die zugrunde liegenden genetischen Kompensationsmechanismen bei Pflanzen zu erforschen.
In einem Studie Unter der Leitung von Forschern der Kyung Hee University und des Cold Spring Harbor Laboratory und veröffentlicht am 3. Mai 2024 in Horticulture Research untersuchte das Team die genetischen Kompensationsmechanismen, die die Stammzellhomöostase bei Nachtschattengewächsen, insbesondere Tomaten und Andenbeeren, regulieren. Die Studie konzentriert sich auf die Kompensationsrollen von CLAVATA1 (CLV1) und seinen Paralogen, BARELY ANY MERISTEMs (BAMs), durch CRISPR-Cas9-Genomeditierung.
Mithilfe von CRISPR-Cas9 erzeugten Forscher höherstufige Mutanten in Tomaten und Kapstachelbeeren, um Kompensationsmechanismen von Rezeptorgenen zu untersuchen. Sie entdeckten, dass SlBAM1 und SlBAM2 in Tomaten Mutationen von slclv1 wirksam kompensieren und so die Stammzellvermehrung sicherstellen, ohne dass andere BAM-Gene hochreguliert werden müssen. Ähnliche Kompensationsmechanismen wurden in Kapstachelbeeren gefunden.
Die Studie hat gezeigt, dass kritische Aminosäurereste, die an Peptid-Liganden-Interaktionen beteiligt sind, bei diesen Arten stark konserviert sind und eine robuste Pufferkapazität für die Stammzellhomöostase bieten. Diese Konservierung unterstreicht die evolutionäre Erhaltung genetischer Kompensationsmechanismen innerhalb der Familie der Nachtschattengewächse und zeigt, wie diese Pflanzen trotz genetischer Störungen ihre wesentlichen Funktionen aufrechterhalten. Diese Erkenntnisse bieten neue Einblicke in die genetische Robustheit von Pflanzen und haben erhebliche Auswirkungen auf die Verbesserung der Widerstandsfähigkeit und Produktivität von Nutzpflanzen.
Dr. Choon-Tak Kwon, der leitende Forscher an der Kyung Hee University, erklärte: „Unsere Ergebnisse zeigen eine bemerkenswerte evolutionäre Erhaltung der genetischen Kompensationsmechanismen bei Pflanzen. Das Verständnis dieser Mechanismen eröffnet neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit und Produktivität von Nutzpflanzen durch Nutzung der inhärenten genetischen Robustheit von Pflanzenarten.“
Die Erkenntnisse aus dieser Studie haben erhebliche Auswirkungen auf die landwirtschaftliche Praxis. Durch das Verständnis der genetischen Kompensationsmechanismen bei Pflanzen können Züchter widerstandsfähigere Nutzpflanzen entwickeln, die Umweltbelastungen besser standhalten. Diese Forschung ebnet den Weg für innovative Ansätze zur Verbesserung von Nutzpflanzen und gewährleistet nachhaltige landwirtschaftliche Praktiken und Ernährungssicherheit.
Mehr Informationen:
Myeong-Gyun Seo et al, Evolutionäre Erhaltung der Rezeptorkompensation für die Stammzellhomöostase bei Solanaceae-Pflanzen, Gartenbauforschung (2024). DOI: 10.1093/hr/uhae126