Memoria imunitară a plantelor deschide o nouă cale în ameliorarea culturilor
Plantele nu au celule imunitare specializate precum animalele, dar învață din experiență. După ce supraviețuiesc unei infecții, plantele își pregătesc sistemul de apărare pentru a răspunde mai rapid și mai puternic la o nouă atac al unui patogen. Un studiu publicat în revista Nature Communications, condus de profesorul Jurriaan Ton și dr. Adam Hannan Parker de la Universitatea din Sheffield, a identificat mecanismele prin care plantele păstrează și resetează memoria stresului din infecțiile trecute.
Cercetările anterioare ale laboratorului Ton au arătat că plantele stochează această memorie prin îndepărtarea unor etichete chimice atașate de ADN, care nu modifică secvența genetică de bază, dar influențează expresia ADN-ului. Enzima REPRESSOR OF SILENCING 1 (ROS1) este responsabilă de îndepărtarea acestor etichete, ajutând planta să păstreze o memorie durabilă a amenințărilor trecute, o memorie imunitară epigenetică.
Păstrarea memoriei imunitare fără destabilizarea ADN-ului
În noul studiu, cercetătorii au folosit un instrument molecular numit XVE:ROS1 pentru a activa ROS1 într-un mod mult mai controlat decât infecția cu patogeni. Acest instrument de vaccinare a plantelor le-a permis să investigheze modul în care plantele stabilesc memoria imunitară, cât timp persistă aceasta și cum este ulterior ștearsă.
„O activitate prea mare a ROS1 comportă un risc potențial. Poate elibera transposoni tăcuți, sau «gene săritoare», care se deplasează în genom și provoacă mutații. Aceste elemente sunt deosebit de abundente în pericentromere, regiunile din jurul centrelor constrânse ale cromozomilor”, a declarat Parker.
Echipa a descoperit că plantele pot stoca memorii imunitare fără a compromite stabilitatea generală a ADN-ului. După vaccinarea declanșată de ROS1, planta redirecționează temporar mecanismul de silențiere a ADN-ului de la genele de apărare către nucleul cromozomului bogat în transposoni, blocând aceste gene săritoare. Astfel, genomul rămâne protejat, în timp ce genele de apărare din brațele cromozomilor rămân libere să își păstreze memoria epigenetică.
Ameliorarea pentru trăsături epigenetice durabile
Ton explică: „Ameliorarea convențională a culturilor selectează în principal diferențele în secvența ADN. Schimbând distribuția metilării ADN-ului, instrumentul ar putea genera în schimb variație epigenetică care alterează modul în care sunt reglate genele existente. Colaborarea noastră cu cercetătorii de la Institutul de Știință și Tehnologie din Okinawa (OIST) din Japonia relevă rezultate promițătoare la orez, sugerând că memoria epigenetică indusă de XVE:ROS1 la orez nu este complet resetată între generații, o parte fiind transmisă urmașilor.”
Echipa din Sheffield rafinează acum instrumentul de vaccinare ROS1 pentru a produce un „șoc epigenetic” mai puternic, cu scopul de a obține variație care rămâne stabilă de-a lungul generațiilor. Amelioratorii ar putea apoi selecta aceste plante pentru trăsături benefice.
„Țintele potențiale depășesc rezistența la boli și ar putea include toleranța la stresuri abiotice, precum seceta, căldura sau salinitatea. Abordarea ar putea ajuta și la generarea de variație în alte trăsături complexe de calitate, inclusiv valoarea nutrițională a culturilor legumicole și compuși cu potențiale beneficii pentru sănătate.”
Deși sunt necesare cercetări suplimentare, această lucrare deschide o nouă direcție către ameliorarea epigenetică a culturilor: extinderea variației disponibile pentru amelioratori prin schimbarea modului în care sunt controlate genele.
