Zrozumienie skomplikowanych interakcji między roślinami a ich środowiskiem jest najważniejsze w nowoczesnej genetyce. Rośliny, istoty z natury osiadłe, posiadają złożone genomy i rozwinęły mechanizmy sensoryczne i sygnalizacyjne, aby postrzegać i reagować na stresy biotyczne i abiotyczne. Ich zdolność do radzenia sobie ze stresem, takim jak susza, wahania temperatury, zasolenie, patogeny i podmuchy wiatru, jest nie tylko niezbędna do przetrwania, ale także do utrzymania produktywności. Aby poradzić sobie z tymi wyzwaniami, rośliny rozwinęły wyrafinowane mechanizmy rejestrujące konsekwencje wcześniejszych spotkań, ułatwiając szybsze i skuteczniejsze reakcje po kolejnym narażeniu na te same stresory.

Ostatni temat badawczy „Epigenetyczna i genetyczna regulacja leżąca u podstaw crosstalk w rozwoju roślin i reakcji na stres” zagłębił się w tę fascynującą arenę, prezentując jeden raport danych i cztery oryginalne artykuły badawcze wyjaśniające genetykę molekularną i reakcje epigenetyczne roślin na różne wskazówki środowiskowe. Nadrzędnym celem było odkrycie zawiłości epigenetycznych i transkryptomowych, które leżą u podstaw złożonych cech związanych z interakcją roślina-środowisko.

W badaniu przeprowadzonym przez Wu i in. kluczową rolę kinaz białkowych AGC w rozmnażaniu płciowym i reakcji na stres abiotyczny u Kapusta rzepakowa badano za pomocą analizy ekspresji RNA Seq. Autorzy zidentyfikowali 62 BrGeny AGC rozmieszczone w B. rapa genomu. Pozycja tych genów była wysoce kolinearna z Arabidopsis thaliana WKinazy białkowe AGC. Badania ujawniły preferencyjną ekspresję BrAGC w kwiatach i regulacja w górę w odpowiedzi na różne typy zapylania. Trzy geny BrAGC26, BrAGC33 i BrAGC44 wyróżniały się potencjalną rolą w regulacji interakcji pyłek-słupek i reagowaniu na stres abiotyczny. Podsumowując, badanie ujawnia złożone ścieżki genetyczne wpływające na procesy reprodukcyjne i tolerancję na stres u B. rapaoferując wgląd w mechanizmy molekularne niezbędne dla tych funkcji roślin. Podkreśla znaczenie zrozumienia rodzin genów, takich jak BrAGC pomaga roślinom w osiągnięciu sukcesu reprodukcyjnego w obliczu wyzwań środowiskowych.

Podobnie Wang i in. badali wpływ stosowania egzogennego jasmonianu metylowego na Bylica pospolita transkryptom, ujawniając aktywację kalmoduliny CaM4 i czynnika odpowiedzi auksyny (ARF) w szlaku sygnałowym MAPK. Badanie to ujawniło złożone kaskady sygnałowe wyzwalane przez hormony roślinne i ich wzajemne oddziaływanie z odpowiedziami obronnymi, szczególnie w kontekście interakcji roślina-patogen. Wyjaśniając role kluczowych cząsteczek sygnałowych, takich jak CaM4 i ARF, naukowcy uzyskują głębsze zrozumienie tego, jak rośliny postrzegają i reagują na zewnętrzne czynniki stresogenne.

Kolejne badanie Shi i Du rzuciło światło na mechanizmy molekularne leżące u podstaw odporności pomidorów na suszę. Identyfikacja różnicowo ekspresjonowanych genów i ich odpowiedzi na egzogenne ABA i Ca²⁺ metody leczenia zapewniły solidną podstawę do dalszych badań nad rolą ŚlGeny CNGC zwiększają odporność pomidorów na stres suszy.

Badanie przeprowadzone przez Song i in. ujawniło skomplikowane mechanizmy kwitnienia roślin borówki, podkreślając kluczową rolę GRZYBÓW KWITNĄCYCH T (VcFT) i TŁUMIK NADMIERNEJ EKSPRESJI CONSTANS 1 (VcSOC1) w regulacji inicjacji kwitnienia i pękania pąków. Poprzez manipulację VcFT/VcWspółczynnik SOC1, badacze byli w stanie wywołać przedwczesne kwitnienie i kontrolować powstawanie pąków kwiatowych. Odkrycia te stanowią hipotezę dotyczącą kwitnienia borówki, proponując, że równowaga między VcFT i VcPoziomy ekspresji SOC1 dyktują czas rozwoju pąków kwiatowych i kwitnienia. Badania te dostarczają cennych informacji na temat ścieżek molekularnych regulujących kwitnienie w uprawach drzewiastych liściastych, torując drogę potencjalnym postępom w produkcji upraw i strategiach hodowlanych. Ponadto poprawi to również nasze zrozumienie tego, w jaki sposób modyfikacje genetyczne mogą wpływać na kluczowe procesy rozwojowe w roślinach, oferując nowe możliwości zwiększenia produktywności upraw i sukcesu reprodukcyjnego w uprawie borówki.

Podczas gdy zmiany genetyczne są kluczowe w odpowiedziach roślin na stresy środowiskowe, złożoność interakcji roślina-środowisko wykracza poza same mechanizmy genetyczne. Regulacja epigenetyczna odgrywa fundamentalną rolę w inicjacji transkrypcyjnej, konformacji białek i modulacji profili hormonalnych i metabolitów u roślin. Zrozumienie tych niuansów epigenetycznych jest kluczowe dla rozwikłania molekularnych zawiłości crosstalk roślina-środowisko.

Papaver somniferum (mak lekarski), roślina lecznicza, była używana od wieków ze względu na swoje różnorodne alkaloidy o właściwościach farmakologicznych. Jia i in. przedstawili raport z danymi przewidujący elementy cis-regulacyjne w sześciu tkankach, rzucając światło na sieci regulacyjne. Wykorzystali sekwencjonowanie chromatyny dostępne dla transpozazy (ATAC-seq) i dane RNA-Seq z torebek, łodyg, korzeni cienkich, korzeni palowych, liści i płatków, aby przewidzieć otwarte regiony chromatyny i miejsca wiązania czynników transkrypcyjnych na poziomie tkankowo-specyficznym. Kluczowym odkryciem badania było wyjaśnienie roli TF HB6 w koregulacji 17 genów biosyntetycznych i tworzeniu klastra genów przez dwa geny biosyntetyczne. Badania te oferują cenne spostrzeżenia na temat rozwoju roślin i metabolizmu wtórnego, kierując przyszłymi badaniami w celu odkrycia mechanizmów molekularnych i ewolucji stojących za tymi procesami regulacyjnymi. Ponadto może ona pomóc w przyszłych badaniach nad epigenetyczną regulacją ekspresji genów i opracowaniu nowych strategii manipulowania wzorcami ekspresji genów w celu poprawy cech upraw i produkcji metabolitów wtórnych u tego ważnego gospodarczo gatunku rośliny.

Podsumowując, złożoność interakcji roślina-środowisko nie może być zdefiniowana wyłącznie przez zmiany genetyczne. Badania epigenetyczne, połączone z sekwencjonowaniem całego eksomu i genomu, oferują obiecującą drogę do rozwikłania zawiłości crosstalk roślina-środowisko. Ponadto zrozumienie regulacji epigenetycznej leżącej u podstaw transkrypcyjnego przygotowania i konformacji białka dostarczy cennych informacji na temat mechanistycznego tła sygnatur hormonalnych i metabolicznych w gatunkach upraw ogrodniczych i rolniczych. W miarę jak będziemy dalej zagłębiać się w tę fascynującą dziedzinę, badania te utorują drogę do bardziej zrównoważonej i odpornej przyszłości rolnictwa.

Autorskie Wkłady

RS: Konceptualizacja, Administracja projektem, Zasoby, Nadzór, Pisanie – wersja robocza, Pisanie – przegląd i edycja. MI: Nadzór, Pisanie – przegląd i edycja. TM: Pisanie – przegląd i edycja. RK: Pisanie – przegląd i edycja, Nadzór.

Finansowanie

Autorzy oświadczają, że nie otrzymali żadnego wsparcia finansowego na badania, autorstwo ani publikację niniejszego artykułu.

Konflikt interesów

Autorzy oświadczają, że badania zostały przeprowadzone przy braku jakichkolwiek powiązań komercyjnych lub finansowych, które mogłyby być uznane za potencjalny konflikt interesów.

Autor(zy) oświadczyli, że byli członkami rady redakcyjnej Frontiers w momencie składania. Nie miało to wpływu na proces recenzji i ostateczną decyzję.

Uwaga wydawcy

Wszystkie roszczenia wyrażone w tym artykule są wyłącznie roszczeniami autorów i niekoniecznie odzwierciedlają roszczenia ich organizacji stowarzyszonych, wydawcy, redaktorów i recenzentów. Żaden produkt, który może być oceniany w tym artykule, lub roszczenie, które może być zgłoszone przez jego producenta, nie jest gwarantowane ani popierane przez wydawcę.

Słowa kluczowe: interakcje roślina-środowisko, epigenetyka, transkryptomika (sekwencjonowanie RNA), epigenetyka (przebudowa chromatyny), genomika

Cytat: Seth R, Iorizzo M, Maritim TK i Kumar Sharma R (2024) Wstępniak: Epigenetyka i regulacja genów jako podstawa interakcji w rozwoju roślin i reakcji na stres. Przód. Genet. 15:1427102. doi: 10.3389/fgene.2024.1427102

Otrzymane: 02 maja 2024; Przyjęty: 10 lipca 2024 r.;
Opublikowany: 18 lipca 2024 r.

Prawo autorskie © 2024 Seth, Iorizzo, Maritim i Kumar Sharma. Jest to artykuł o otwartym dostępie rozpowszechniany na warunkach licencji Creative Commons Attribution License (CC BY). Wykorzystanie, dystrybucja lub reprodukcja na innych forach jest dozwolona, ​​pod warunkiem, że pierwotni autorzy i właściciele praw autorskich zostaną wymienieni, a oryginalna publikacja w tym czasopiśmie zostanie zacytowana, zgodnie z przyjętą praktyką akademicką. Niedozwolone jest wykorzystanie, dystrybucja lub reprodukcja, które nie są zgodne z tymi warunkami.

*Korespondencja: Romit Seth, romit_seth18@yahoo.com