Ein Schalter, der die Autophagie in Arabidopsis-Blütenblättern aktiviert

Die Organogenese, ein wichtiger Aspekt der Blüte, hilft dabei, wichtige Prozesse der Pflanzenentwicklung aufzudecken, wie z. B. die Bildung von Blütenorganen, das Erreichen der Fortpflanzungsfähigkeit und die Abszision, die zur Samen- und Fruchtentwicklung führt.

Obwohl die Abszision, ein physiologischer Prozess, bei dem Pflanzenorgane aus dem Hauptpflanzenkörper abgetrennt werden, im Widerspruch zur herkömmlichen Definition der Entwicklung zu stehen scheint, hat sie erhebliche Auswirkungen auf den Fortpflanzungserfolg der Pflanzen und die Samenverbreitung in Angiospermen.

Darüber hinaus hängt die Blütenblattabszision von der Synthese neuer RNA und Proteinen sowie vom Zellwandkollaps und der zytoplasmatischen und vakuolären Reduktion ab, was darauf hindeutet, dass es sich nicht um ein bloßes katastrophales Ereignis, sondern um einen aktiv kontrollierten zellulären Prozess handelt.

Bemerkenswert ist, dass die Basiszellen der Blütenblätter in verschiedenen Pflanzen, wie der japanischen Prunkwinde, deutliche Veränderungen in der Vesikelzahl und den zytoplasmatischen Komponenten aufweisen, was auf die Rolle eines Prozesses namens „Autophagie“ hindeutet (ein intrazellulärer Abbauprozess, der es den Zellen ermöglicht, beschädigte intrazelluläre Komponenten zu recyceln). ) bei Blütenblattabszision. Allerdings bleibt die Frage, wie diese zellulären Veränderungen räumlich und zeitlich reguliert werden und zur Autophagie führen, eine anhaltende Herausforderung.

Um dieses Problem anzugehen, verwendete ein Forscherteam unter der Leitung von Nobutoshi Yamaguchi und Toshiro Ito vom Nara Institute of Science and Technology in Japan Arabidopsis thaliana Col-0 und Mutanten/transgene Linien. Die Studieveröffentlicht in der Zeitschrift Naturkommunikationüberschreitet herkömmliche Grenzen und erforscht Autophagie durch den Einsatz fortschrittlicher Proximity Ligation Assays (PLA)-Technologie.

Die Forscher verwendeten verschiedene experimentelle Methoden und Analysen, um die komplizierten Mechanismen zu untersuchen, die das Abszissieren der Blütenblätter steuern, den Zeitpunkt des Abszisses der Blütenblätter zu quantifizieren und die Position der Blüten beim Ablösen der Blütenblätter zu untersuchen.

„Unsere Arbeit beschreibt einen Phytohormon-vermittelten Chromatin-Zustandswechsel, der die räumlich-zeitliche Aktivierung der Autophagie steuert, was zur terminalen Zelldifferenzierung für die Blütenblattabszision führt“, sagt Yamaguchi.

Die Forscher fanden heraus, dass AGAMOUS, das Gen, das für die Spezifizierung der Staubblatt- und Fruchtblattidentität verantwortlich ist, und Jasmonsäure (JA) durch Zelldifferenzierung die Abszision der Blütenblätter an der Blütenblattbasis fördern. Sie identifizierten außerdem einen JA-regulierten Chromatin-Zustandsschalter an der Basis von Blütenblättern, der die Bestimmung des lokalen Zellschicksals über Autophagie steuert.

Sie entdeckten, dass sich während der Aufrechterhaltung der Blütenblätter die Co-Repressoren des JA-Signals an der Basis der Blütenblätter ansammeln, um die MYC-Aktivität zu hemmen, was zu niedrigeren ROS-Spiegeln führt. Wenn sich JA jedoch an den Blütenblattbasen ansammelt, löst es eine Umgestaltung des Chromatins aus, wodurch MYC-Faktoren die Zugänglichkeit des Chromatins für ihre nachgeschalteten Ziele fördern können.

Von diesen Zielen akkumuliert ANAC102 spezifisch vor der Abszision, um den ROS-Spiegel zu erhöhen und ATG zu induzieren, wodurch Autophagie ausgelöst wird. Die induzierte Autophagie an der Blütenblattbasis reguliert die Reifung, die vakuoläre Abgabe und den Abbau von Autophagosomen für die terminale Zelldifferenzierung.

Zusammenfassend liefert die Studie ein entscheidendes Verständnis des Mechanismus der Seneszenz von Blütenblättern und unterstreicht die regulatorische Rolle des JA-Signalwegs bei der Orchestrierung der Reifung und des Abbaus von Autophagosomen.

Die Erkenntnisse dieser Studie gehen über das Thema der Blütenblattabszision hinaus und konzentrieren sich auf Entwicklung, Alterung und Reaktionen auf Umweltreize. Yamaguchi erklärt: „Die aus unserer Studie gewonnenen Erkenntnisse könnten den Weg für eine bessere Vorhersagbarkeit und Manipulation des Zeitpunkts des Blütenblattabwurfs bei Zierpflanzen ebnen. Diese Flexibilität und Reversibilität bei der Kontrolle des Blütenblattabwurfs sind vielversprechend für Fortschritte im Gartenbau und in der Landwirtschaft.“