Przeżycie suszy czy ciężkich okresów pozostawia ślad w DNA roślin. Nie tylko "zapamiętują" one to doświadczenie, lecz również, dzięki tzw. pamięci stresowej, wyciągają z niego wnioski na przyszłość. Lepsze poznanie tych mechanizmów pozwoli stworzyć znacznie odporniejsze odmiany roślin.

"Przejście przez stresujące doświadczenie pozostawia po sobie pewien ślad w informacji genetycznej rośliny – opowiada w rozmowie z PAP dr Lien Brzeźniak z Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN. – Dzięki temu, przy następnej suszy roślina zachowuje się już trochę inaczej. Odpowiedź na stres jest szybsza, bardziej wydajna – w związku z tym taka roślina ma większe szanse na przeżycie." To właśnie zjawisko określane jest przez naukowców mianem "pamięci stresowej".

W przypadku roślin pamięć stresowa wciąż pozostaje jednak słabo poznana. Dr Brzeźniak zidentyfikowała kilka mechanizmów, które mogą mieć wpływ na to, w jaki dokładnie sposób rośliny "zapamiętują" sposoby radzenia sobie w trudnych warunkach. W przyszłości może to pomóc w stworzeniu znacznie bardziej wytrzymałych niż dzisiejsze odmian roślin.

"Badania podstawowych mechanizmów ekspresji genów są znacznie bardziej zaawansowane na organizmach prostszych, np. na drożdżach – opowiada w rozmowie z PAP dr Brzeźniak. – Właśnie dzięki badaniom na drożdżach wiemy, że w tych organizmach duże znaczenie w procesie pamięci transkrypcyjnej mają tzw. +pętle genowe+."

Pamięć stresowa, czyli co?

Co się kryje za tym określeniem? "Geny zapisane są na DNA liniowo – jeden za drugim, mniej więcej sekwencyjnie – tłumaczy badaczka. – Wewnątrz jądra komórkowego DNA może tworzyć jednak przeróżne struktury.”

Kiedyś nie było możliwości badania tych struktur. Od tego czasu jednak technika poszła do przodu – badanie tego typu struktur jest jak najbardziej możliwe. Co więcej, okazuje się, że kontakty pomiędzy różnymi miejscami chromatyny – substancji wypełniającej jądro komórkowe, zbudowanej z nici DNA nawiniętej na białka strukturalne – mają wpływ na to, w jaki sposób zachodzi ekspresja genów.

"Pętla genowa jest więc jednym z typów kontaktu pomiędzy dwoma miejscami na chromatynie, a mianowicie: pomiędzy początkiem a końcem genu – opowiada dr Brzeźniak. – Kontakt ten zachodzi przy pośrednictwie białek, które biorą również udział w rozpoczęciu i zatrzymaniu procesu transkrypcji informacji genetycznej na RNA."

Badaczka zaznacza, że nie znamy jeszcze do końca funkcji pętli genowych – tym bardziej jednak czyni to z nich ciekawy obiekt dla naukowców. "Z badań przeprowadzonych na drożdżach wynika, że dzięki pętlom genowym ekspresja genów podlegających zjawisku pamięci stresowej zachodzi bardziej witalnie. Ja będę sprawdzać, czy ten sam efekt pojawia się u roślin" – wyjaśnia.

Wpływ na funkcjonowanie pamięci stresowej u roślin może mieć również tzw. transkrypcja antysensowna – z tym związana jest druga część badania prowadzonego przez dr Brzeźniak.

"Ogólnie rzecz ujmując, gen ma początek, ma koniec – i w związku z tym ma również wektor, kierunek, w którym jest odczytywany – tłumaczy rozmówczyni PAP. – Białka są syntetyzowane na matrycy mRNA powstałego właśnie w wyniku takiej standardowej transkrypcji. Tymczasem jednak w części genów transkrypcja przeprowadzana jest również w drugą stronę, od końca do początku – i to właśnie nazywamy transkrypcją antysensowną."

"Kiedy gen ulega transkrypcji antysensownej, to zahamowana zostaje jego właściwa ekspresja, co zmniejsza poziom produkcji zakodowanego na genie białka. Według mojej hipotezy, pamięć stresowa może wynikać ze zmian poziomu transkrypcji antysensownej podczas kolejnych przypadków wystąpienia trudnych warunków. – opowiada dr Brzeźniak. – Badamy właśnie kilka czynników, które mają wpływ na poziom tej transkrypcji antysensownej – mamy nadzieję sprawdzić, czy mają one znaczenie dla pamięci stresowej."

Jak dodaje, istnieje na szczęście mnóstwo mechanizmów, dzięki którym roślina jest w stanie przeżyć poza swoimi optymalnymi warunkami środowiskowymi. Dzięki nim rośliny dają sobie radę np., kiedy lato jest trochę bardziej suche czy trochę bardziej mokre, i nie ma od razu stanu klęski żywiołowej.

Dr Brzeźniak tłumaczy, że pełniejsza wiedza na temat pamięci stresowej umożliwi tworzenie m.in. projektów inżynieryjnych, pozwalających celowo modyfikować rośliny, aby np. były bardziej odporne na suszę.

"Jest to bardzo ważna rzecz również z uwagi na zmiany klimatyczne – dodaje dr Brzeźniak. – Być może będziemy musieli w bliskiej przyszłości przystosowywać rosnące na Ziemi rośliny – również te, które spożywamy – tak, aby były odporniejsze np. na wysokie temperatury. Ja sama zajmuję się badaniem suszy – jednak pamięć transkrypcyjna to coś znacznie bardziej uniwersalnego i dotyczy odpowiedzi na wiele czynników stresowych".

Badania prowadzone przez dr Brzeźniak finansowane są z grantu POWROTY Fundacji na rzecz Nauki Polskiej.

Katarzyna Florencka (PAP)

Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl