Onderzoekers van de Universiteit van Hiroshima komen steeds dichter bij het blootleggen van de moleculaire processen achter hoe overstromingen planten van zuurstof beroven. Dit zal helpen bij het creëren van meer overstromingstolerante gewassen. Phys.org-portal.
Volgens de Wereldbank vormen overstromingen een wereldwijd risico dat de levens en eigendommen van miljarden mensen bedreigt. Nog meer mensen dreigen te verhongeren als gevolg van overstromingen: water kan gewassen overstromen. Onderzoekers zijn nu dichter bij identificatie moleculaire processenten grondslag liggen aan hoe overstromingen planten van zuurstof beroven. Dit zal helpen om meer veerkrachtige gewassen te creëren.
Met meta-analyse, waarbij gegevens uit andere onderzoeken in het algemeen opnieuw worden geanalyseerd, vond een team van de Graduate School of Integrated Life Sciences van de Universiteit van Hiroshima verschillende veelvoorkomende genen en gerelateerde mechanismen in rijst (Oryza sativa) en Arabidopsis (Arabidopsis thaliana). De wetenschappers publiceerden hun onderzoeksresultaten in het tijdschrift Life.
"Hypoxie is een abiotische stress voor planten, vaak veroorzaakt door overstromingen", zei co-auteur Keita Tamura, verwijzend naar het gebrek aan zuurstof veroorzaakt door oververzadiging. “Hoewel er in het verleden veel onderzoek is gedaan, dachten we dat verborgen biologische mechanismen kan worden ontdekt door meerdere onderzoeken te analyseren met behulp van meta-analyse van openbaar beschikbare gegevens."
Het team concentreerde zich op rijst en waterkers, omdat de genetica van beide soorten eerder uitgebreid was bestudeerd. Volgens Tamura wordt rijst ook beschouwd als een van de belangrijkste gewassen ter wereld, en dient het als de belangrijkste voedselproduct voor meer dan vier miljard mensen, volgens de Advisory Group for International Agricultural Research, dus begrijpen hoe je kunt voorkomen dat een plant reageert op hypoxie, is cruciaal.
De onderzoekers identificeerden 29 paren RNA-sequencinggegevens voor Arabidopsis en 26 paren voor rijst in zowel normale als zuurstofarme omstandigheden uit de beschikbare datasets. Volgens professor Hidemasa Bono omvat RNA-sequencing het ontcijferen van de genetische blauwdruk van een proefpersoon op een bepaald punt, wat betekent dat de gegevens kunnen worden gebruikt om te bestuderen welke genen welke veranderingen veroorzaken.
"Door RNA-sequencinggegevens te analyseren, identificeerden we 40 en 19 opgereguleerde en neerwaartse gereguleerde genen in beide soorten," zei Bono. "Onder hen werden sommige WRKY-transcriptiefactoren en cinnamaat-4-hydroxylase, waarvan de rol in de reactie op hypoxie onbekend blijft, over het algemeen opgereguleerd in zowel Arabidopsis als rijst."
Volgens Bono betekent deze algemene opregulatie dat deze moleculaire mechanismen actiever worden wanneer er een gebrek aan zuurstof is, wat wijst op hun specifieke mechanistische verantwoordelijkheid voor hoe planten reageren.
Bono en Tamura vergeleken hun resultaten met een vergelijkbare meta-analyse van hypoxie in menselijke cellen en weefselmonsters. Ze ontdekten dat twee van de vaak geactiveerde genen in rijst en Arabidopsis werden onderdrukt in hun menselijke tegenhangers.
"Onze meta-analyse suggereert verschillende moleculaire mechanismen voor hypoxie bij planten en dieren," zei Bono. "De kandidaatgenen die in deze studie zijn geïdentificeerd, zullen naar verwachting licht werpen op nieuwe moleculaire mechanismen van de reactie van planten op hypoxie. Uiteindelijk zijn we van plan om een van de kandidaatgenen te manipuleren met behulp van genoombewerkingstechnologie om overstromingstolerante planten te creëren."