Plantele folosesc ARN pentru a vorbi cu plantele din apropiere

Un studiu a constatat că plantele care împărtășesc același mediu de creștere pot face schimb de microARN sugerând că acizii nucleici pot acționa ca molecule de semnalizare. Plantele folosesc o varietate de mecanisme pentru a comunica cu alte organisme, inclusiv între ele. Compușii volatili pot semnaliza înflorirea și pot atrage polenizatori, de exemplu, iar rețelele fungice micorizice pot transmite avertismente sau transfera resurse. ARN-urile mici se află pe această listă de molecule de comunicare, iar noi descoperiri le confirmă potențialul: conform unei lucrări publicate de curând în Nature Plants, planta Arabidopsis thaliana secretă microARN (miARN) – un tip de ARN-uri mici, monocatenar – în interiorul său.

Indivizii din apropiere preiau apoi acești ARN, care își modifică tiparele de expresie a genelor prin legarea de ARN-ul mesager și împiedicând anumite gene să fie traduse în proteine ​​(un proces cunoscut sub numele de interferență ARN). Hailing Jin, un genetician molecular de plante de la Universitatea din California, Riverside, care nu a fost implicat în studiu, spune că este interesant să vezi că plantele pot prelua microARN-uri din mediu, inclusiv cele „secretate de alte plante prin rădăcini”. Faptul că ARN-urile mici pot fi schimbate între diferite organisme nu este nou. Pe lângă rolul lor de regulatori ai expresiei genelor în cadrul unui individ – ca parte a dezvoltării sau ca răspuns la stres – au fost implicați în apărarea împotriva agenților patogeni în ultimii ani. De exemplu, celulele Arabidopsis infectate cu ciuperca patogenă Botrytis cinerea secretă ARN mici ambalate în vezicule extracelulare care, atunci când sunt livrate în atacatorul lor, inhibă virulența acestuia. Plantele sunt, de asemenea, capabile să preia molecule de ARN pulverizate care vizează gene de la agenți patogeni. Descoperirile recente sunt primele dovezi că plantele preiau ARN secretat de alte plante în mediu. Vezi „Interferența ARN între regate” „Rezultatele au fost total neașteptate”, scrie Pierdomenico Perata, fiziolog la plante la Școala de Studii Avansate Sant’Anna din Pisa, Italia, și coautor al studiului, scrie într-un e-mail către The Scientist. Având în vedere reputația ARN-urilor ca molecule „foarte instabile” în afara unei celule, el scrie că echipa sa „se aștepta ca miARN să fie incompatibil cu un mediu nesteril, cum ar fi mediul de creștere”. Perata relatează că echipa sa lucra „pe un subiect total fără legătură” – explorează rolul interferenței ARN în condițiile unei disponibilități limitate de oxigen – și în acest scop au crescut plante Arabidopsis hidroponice concepute pentru a produce cantități mari de miARN specific.

Deoarece doreau pur și simplu să producă semințe, adaugă el, cercetătorilor „nu le-a păsat să așeze diferite linii de plante în tăvi separate”. Dar apoi au observat că plantele de tip sălbatic care împărtășesc soluția hidroponică a mutanților aveau fenotipuri diferite de cele așteptate – de exemplu, cele care cresc alături de mutanți care au supraexprimat miARN care vizează genele de dezvoltare și-au modificat propriul timp de înflorire. Potrivit lui Perata, atunci el și colegii săi s-au întrebat „dacă miARN-urile ar putea fi eliberate în mediul lichid de creștere, afectând astfel fenotipul plantelor sălbatice”. Cercetătorii au testat soluția hidroponică și iată că au detectat miARN. Acești miARN-uri au fost prezenți indiferent dacă plantele care creșteau în soluție erau de tip sălbatic sau mutate pentru a le supraexprima, deși au fost detectate mai multe ARN-uri în soluția mutanților. În plus, cultivarea ambelor linii în aceeași soluție a dus la plante de tip sălbatic cu niveluri de expresie semnificativ mai scăzute ale genelor vizate de moleculele miARN stimulate ale mutanților. Aplicarea miARN-urilor extrase din mutanți sau echivalenți sintetizați chimic a redus, de asemenea, expresia genelor. De ce ar trebui o plantă să afecteze expresia genică a altei plante? O posibilitate, postulează Perata, este că „schimbul de informații prin schimbul de ARN ar permite plantelor care se confruntă cu stres să avertizeze plantele din apropiere, care nu sunt încă afectate de stres”. Concurența ar putea fi o altă explicație, scrie el; de exemplu, dacă o plantă care eliberează miARN „ar putea inhiba funcțiile fiziologice într-o plantă din apropiere”, ar putea obține „un avantaj competitiv pentru utilizarea resurselor”. O întrebare fără răspuns este modul în care plantele preiau aceste molecule minuscule din mediu. Lucrările anterioare care au studiat schimbul de ARN între plante și agenți patogeni sugerează că exozomii, un tip de vezicule care pot acționa ca vehicule de livrare, ar putea fi implicați în proces.

Cu toate acestea, cercetătorii au descoperit că aplicarea miARN-urilor extrase, probabil nu, sau a ARN-urilor sintetice a avut un efect asupra expresiei genelor, sugerând că exozomii nu sunt necesari pentru absorbție. Hui-Shan Guo, microbiolog de plante la Institutul de Microbiologie din cadrul Academiei Chineze de Științe, spune că dovezile studiului privind absorbția de ARN nu confirmă rapoartele anterioare de tăcere a genelor prin ARN pulverizat. Dar, spre deosebire de substanțele pe care se știe că le importă plantele, moleculele de ARN nu „s-au considerat instabile”, spune ea, așa că „absorbția de ARN a fost ignorată sau subestimată”. Vezi „Exozomii își fac debutul în cercetarea plantelor” Jin este de acord că dovezile din lucrare susțin ipoteza că plantele pot absorbi miARN gol, dar ea spune că se întreabă dacă secreția lor are loc în continuare prin exozomi din rădăcini – o întrebare pe care autorii nu au explorat-o. Ea adaugă că bănuiește că aceste vezicule ar putea proteja miARN-urile, ajutând plantele să realizeze o absorbție mai eficientă. În caz contrar, moleculele ar putea fi degradate mai ușor în sol și în mediu, speculează ea. Guo subliniază că, deoarece acest mecanism a fost explorat doar în plantele cultivate hidroponic, nu este încă clar „dacă răsadurile cresc în sol. . . ar avea efecte asupra reglării expresiei genelor în plantele din apropiere” – ceva ce studiile viitoare ar putea examina. Jin adaugă că aceste noi descoperiri deschid o mulțime de întrebări noi și că este probabil mult mai multe de învățat despre rolul ARN-ului în comunicarea cu plantele. Ceea ce știm în prezent despre el este doar „vârful aisbergului”, conchide ea. Sursa: the-scientist.com