Εντοπίστηκαν γονίδια για αντοχή σε χαμηλές θερμοκρασίες και στρες αλάτων

Οι πρωτεΐνες ψυχρού σοκ είναι μια κατηγορία πρωτεϊνών που προκαλούνται από το κρύο που είναι ευρέως κατανεμημένες σε μονοκοτυλήδονα και δικοτυλήδονα φυτά . Οι πρωτεΐνες ψυχρού σοκ, που αρχικά αναγνωρίστηκαν στα βακτήρια , είναι από τις πιο εξελικτικά διατηρημένες πρωτεΐνες σε ανώτερα φυτά και ζώα.

Οι αλληλουχίες γονιδιωματικού DNA των φυτικών οικογενειών πρωτεϊνών ψυχρού σοκ αποτελούνται τυπικά από δύο έως τέσσερα γονίδια . Αυτές οι πρωτεΐνες εμπλέκονται σε διάφορες διαδικασίες στα φυτά, όπως η ανάπτυξη οφθαλων , η βλάστηση των σπόρων, η ανθοφορία και η ανάπτυξη των καρπών . Σε πολλά είδη φυτών, όπως το σιτάρι , το Arabidopsis, το ρύζι και τα αχλάδια, οι πρωτεΐνες ψυχρού σοκ είναι υπεύθυνες για την ανάπτυξη, την ανάπτυξη και την απόκριση σε αβιοτικά στρες .

Ωστόσο, η ταυτοποίηση σε όλο το γονιδίωμα και οι ρυθμιστικές λειτουργίες των πρωτεϊνών ψυχρού σοκ στο κεράσι δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητές και είναι απαραίτητο να βελτιωθεί η αλατότητα και η ανοχή σε χαμηλή θερμοκρασία στο κεράσι. Για τον εντοπισμό και τον χαρακτηρισμό των πρωτεϊνών ψυχρού σοκ σε γονιδιώματα κερασιού, εφαρμόστηκαν τρεις μεθοδολογίες.

Οι πιθανές λειτουργίες και οι εξελικτικές σχέσεις των πρωτεϊνών θερμικού σοκ γλυκού κερασιού μελετήθηκαν κατασκευάζοντας ένα φυλογενετικό δέντρο που περιελάμβανε γονίδια από πέντε είδη. Η εξέταση των μοτίβων έκφρασης γονιδίων σε απόκριση στο στρες αλατιού και χαμηλής θερμοκρασίας έχει διεξαχθεί για τη μελέτη των αποκρίσεων σε αβιοτικά στρες.

Σε αυτή την έρευνα που διεξήχθη από το Πανεπιστήμιο Ludong και την Ακαδημία Γεωργικών Επιστημών Yantai (Κίνα), τρία γονίδια που ρυθμίζουν τη σύνθεση πρωτεϊνών από ψυχρό σοκ και ονομάζονται PavCSP εντοπίστηκαν και αναλύθηκαν εκτενώς. Η ποσοτική ανάλυση PCR αποκάλυψε μια ποικιλία μοτίβων έκφρασης, με το PavCSP1-3 να δείχνει ειδική δραστηριότητα στο άνω μέρος του στελέχους . Επιπλέον, όλα τα γονίδια βρέθηκαν να ανταποκρίνονται στο στρες αλατιού και στις χαμηλές θερμοκρασίες.

Περαιτέρω εργαστηριακή έρευνα σε διαγονιδιακούς ζυμομύκητες που περιέχουν PavCSP1, PavCSP3 ή κενό φορέα έδειξε ότι οι μικροοργανισμοί αναπτύχθηκαν ομοιόμορφα υπό τυπικές συνθήκες καλλιέργειας, αλλά εκείνοι που υπερέκφρασαν PavCSP1 ή PavCSP3 παρουσίασαν υψηλότερη ανάπτυξη από τους ζυμομύκητες ελέγχου όταν εκτέθηκαν σε 500 mM NaCl ή σε χαμηλές θερμοκρασίες (4 °C και 0 °C) σε 10.000 φορές αραιωμένο δίσκο καλλιέργειας.

Αυτά τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι τα PavCSP1 και PavCSP3 βελτίωσαν την ανοχή της διαγονιδιακής ζύμης στο στρες αλατιού και στις συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας. Αυτή η έρευνα εντόπισε και διεξήγαγε μια ολοκληρωμένη ανάλυση τριών γονιδίων που σχετίζονται με την πρωτεΐνη ψυχρού σοκ στο γονιδίωμα του γλυκού κερασιού, όλα μέλη μιας υποοικογένειας .

Η ανάλυση προτύπων έκφρασης έδειξε σταθερά μοτίβα έκφρασης μεταξύ όλων των γονιδίων PavCSP, με αποκρίσεις στο κρύο και το στρες στο αλάτι που παρατηρήθηκαν τόσο μέσω ρύθμισης προς τα πάνω όσο και προς τα κάτω. Επιπλέον, η διαγονιδιακή ζύμη έδειξε βελτιωμένη ανοχή σε χαμηλή θερμοκρασία και στρες αλάτων ως αποτέλεσμα της ετερόλογης έκφρασης των PavCSP1 και PavCSP3. Αυτά τα ευρήματα παρέχουν πολύτιμες γνώσεις για τις βιολογικές λειτουργίες των γονιδίων που σχετίζονται με τη σύνθεση πρωτεϊνών ψυχρού σοκ στα γλυκά κεράσια.

Πηγή: Guo, P., Liu, A., Qi, Y. et al. Αναγνώριση σε όλο το γονιδίωμα των πρωτεϊνών ψυχρού σοκ (CSPs) στο γλυκό κεράσι ( Prunus avium L.) και διερεύνηση των διαφορικών αποκρίσεων των PavCSP1 και PavCSP3 σε χαμηλή θερμοκρασία και στρες αλατιού. Genes Genom 46 , 1023-1036 (2024). https://doi.org/10.1007/s13258-024-01542-6 .