Bitkilerde İletişim İçin Yeni Bir Model

Bitki hücrelerinde iletişim için yeni bir model

Bitkiler gerçek bir sinir sistemine sahip olmasa da, önceki çalışmalar bitkilerin bu glutamat reseptör benzeri proteinlere (GLR’ler) eşleşme, büyüme ve hastalıklara ve zararlılara karşı kendilerini savunma gibi önemli şeyler yapmalarına ihtiyaç duyduğunu göstermiştir. Arabidopsis thaliana polen hücreleri ile çalışan araştırmacılar, GLR’lerin tek tek bitki hücreleri içinde karmaşık bir iletişim ağının temelini oluşturduğunu buldular. Bulguları, GLR’lerin, GLR’leri farklı yerlere transfer etmek ve GLR aktivitesini her bir hücre içinde düzenlemek için “cornichon” proteinleri adı verilen başka bir protein grubuna dayandığını göstermektedir.

Çalışmada, cornichon proteinleri yardımıyla GLR’ler, hücre içindeki çeşitli yapılar içinde birçok hücre iletişim yolunun hayati bir yönü olan kalsiyum iyonlarının konsantrasyonunu dikkatle kontrol eden valfler olarak işlev görürler. Bitkilerde ve hayvanlarda hücre-hücre iletişimi ile ilgili birçok yeni çalışmaya dair bilgi veren araştırma, 4 Mayıs 2018 tarihli Science dergisinin sayısında yer aldı.

Portekiz’deki Instituto Gulbenkian de Ciência ve Universidad Nacional de Autónoma de México’dan araştırmacılar bu çalışmanın yazarlığını yaptılar. Hücre biyolojisi profesörü José Feijó, “Kalsiyum konsantrasyonu, tüm hücrelerin içinde en önemli parametrelerden biridir. Hücre bilgilerinin kodlanmasına imkan veren çok iyi düzenlenmiştir. Başka bir deyişle, kalsiyum hücre iletişiminin lingua frangıdır,” dedi. ve UMD’de moleküler genetik ve çalışmanın son yazarı, kalsiyumun hayvan nöronlarının fonksiyonu için de hayati olduğunu belirtti. “Sonuçlarımız, GLR’lerin bitkilerde bu temel iletişim sisteminde bir rol oynadığını ve sistemin bitki hücrelerinde nasıl çalıştığına dair bir mekanizma önerdiğimizi gösteriyor.” GLR’ler ve hayvan glutamat reseptörleri arasındaki benzerlikler, proteinlerin ortak bir ataya, yani hem hayvanlara hem de bitkilere neden olan tek hücreli bir organizmaya kadar uzandığını göstermektedir. Bununla birlikte, Feijó, hayvan nöronlarındaki GLR’ler ve onların benzerleri arasındaki bazı önemli farklara dikkat çekti. Başlangıç olarak, insan beynindeki en yaygın nörotransmitter olan glutamat, bitki sisteminde önemli bir rol oynamaz. Ayrıca, glutamat reseptörlerinin hayvan nöronlarının dış yüzeyinde oturdukları bilinirken, Feijo’nun daha önceki deneylerinden bazıları, GLR’lerin bitki hücreleri içinde çeşitli yapılar üzerinde bulunabileceğini öne sürmüşlerdir.

Feijó, “Bu, elde ettiğimiz sonuçları tutarlı bir şekilde açıklamanın tek yolu olurdu.” Dedi. “Sonuçlarımız, GLR’lerin gerçekten bitki hücreleri içindeki diğer bölmelere yeniden dağıtıldığını ve kalsiyum konsantrasyonlarını düzenlemek ve kalsiyum sinyalleşmesini sağlamak için işbirliği yapan karmaşık bir ağ oluşturduğunu göstermektedir. Bu, bitkilerdeki kalsiyum sinyalizasyonunu anlamak için tamamen yeni yollar açan yeni bir fikirdir.” Hücre biyolojisi ve UMD’de moleküler genetik alanında doktora sonrası araştırmacı olan Feijó ve Michael Wudick, kağıdın baş yazarının, hücre boyunca GLR’lerin yerlerini kontrol etmek için belirli bir mekanizmayı kullandıklarından şüpheleniyor. Bu, Wudick’in, hayvanlarda glutamat reseptörlerinin aktivitesine bağlı olan cornichon proteinlerini araştırmasına neden oldu. Feijo, başlangıçta meyve sineklerinde tanımlanan cornichon proteinlerinin, spesifik bir cornichon gen mutasyonunun meyve sineği embriyolarına verdiği turşu benzeri görünüm için isimlendirildiğini söyledi. Arabidopsis polen hücreleri ile yapılan deneylerinde, Feijó’nun ekibi, cornichon proteinlerinin hücre içinde GLR’leri bir konumdan diğerine aktif bir şekilde naklederek, farklı kalsiyum iyonu konsantrasyonlarını muhafaza etmek için hücrenin içinde çeşitli bölümlerin bulunmasını sağladığını buldu. Cornichons, GLR’ler için, hücre içindeki değişen koşullara cevaben, reseptör moleküllerini bir valf gibi kapatarak ve değiştirerek, kapı bekçileri olarak da görev yapar.

Tümü, ekibin sonuçlarına göre , hayvanlarda bulunan hiçbir şeye benzemeyen bitki hücresi iletişimi için bir model önerilmektedir . Hayvan nöronları hücrenin hücresine sinyal vermek için glutamat reseptörleri kullanırken Feijó, bitkilerin tek hücreli seviyede çalışan iletişim stratejilerine bağlı olduğunu öne sürdü. Feijó, “Neden bitkiler nöronları işleyenler gibi reseptörlere sahip olmalıdır? Sonuçlarımız bireysel bitki hücrelerinin hayvan hücrelerinin sahip olmadığı bir özerkliğe sahip olduğu fikrini desteklemektedir.” Dedi. “Her bir bitki hücresinin kendi bağışıklık sistemi vardır. Örneğin, onlar da sıkışmış olmaları gerçeği ile başa çıkmak için daha fazla iletişim kanalına sahiptir. Her çiçekli bitki, glutamat reseptörlerine sahip hayvanlardan daha fazla GLR’ye sahiptir . Bitki hücre iletişimi için önerilen modelimiz GLR’lerin bu bolluğu için bir neden önerir. ”

Feijó, bitki haberleşmesinin kod çözülmesine yönelik daha fazla ilerlemenin, hastalıkların, besin eksikliklerinin ve diğer hastalıkların teşhis edilmesinde güvenilir testlerle sonuçlanabileceğini söyledi. Bu tür önlemler gıda güvenliğini sağlamaya yardımcı olabilir, zira iklim değişikliği ve diğer stres faktörleri büyük tarımsal ürünler üzerinde bir ücret almaya başlıyor. Feijó ayrıca, GLR’lerin daha derinlemesine anlaşılmasının, bazı nörodejeneratif koşulların nedeni olabilecek, hayvan glutamat reseptörlerine ve kusurlarına yeni kavrayışlar ortaya çıkarabileceğine dikkat çekti. Feijó, “Bazı araştırmacılar nörodejenerasyonun aşırı aktif glutamat reseptörlerinden kaynaklandığını ileri sürmüşlerdir. Bu yerleşik değildir, ancak glutamat reseptör genlerindeki mutasyonlara bağlı olan hem insanlarda hem de köpeklerde bazı durumlar vardır ,” dedi. “Modelimizin bu koşulları araştırmaya yardımcı olması mümkündür. Avantajımız, protokolümüzün kullanımı çok kolay.”