Naukowcy z UNAM badają białka LEA jako klucz do przetrwania nasion w warunkach suszy

Zespół badawczy z Narodowego Autonomicznego Uniwersytetu Meksyku (UNAM) prowadzi zaawansowane prace nad zrozumieniem mechanizmów molekularnych, które umożliwiają nasionom roślin przetrwanie w obliczu narastającego problemu globalnej suszy. Naukowcy skupili swoją uwagę na specyficznej grupie cząsteczek – białkach późnej embriogenezy, znanych jako LEA (Late Embryogenesis Abundant).

Białka te charakteryzują się unikalną zdolnością do masowej akumulacji w tkankach nasion w momencie, gdy tracą one nawet 90% zawartości wody. W normalnych warunkach tak silne odwodnienie byłoby zabójcze dla większości organizmów żywych, jednak białka LEA stanowią skuteczną barierę ochronną, pozwalającą przetrwać ekstremalny stres osmotyczny.

Te specyficzne proteiny, opisywane przez biologów jako wysoce elastyczne i strukturalnie „nieuporządkowane”, odgrywają kluczową rolę w procesie przechodzenia zarodka w stan witryfikacji, czyli zeszklenia. Stan ten pozwala na bezpieczne „zamrożenie” procesów życiowych i zachowanie żywotności nasion przez bardzo długi czas, chroniąc delikatne struktury komórkowe przed uszkodzeniami mechanicznymi.

Zespół pod kierownictwem dr Alejandry Covarrubias Robles z Instytutu Biotechnologii (IBt) UNAM dostarczył dowodów eksperymentalnych na fundamentalne znaczenie tych molekuł. Badania wykazały, że mutacje w genach odpowiedzialnych za produkcję tych elastycznych białek skutkują drastycznym spadkiem przeżywalności nasion oraz gwałtownym przyspieszeniem ich naturalnych procesów starzenia.

W procesie badawczym wykorzystano nasiona rzodkiewnika pospolitego (Arabidopsis thaliana) oraz różnych roślin strączkowych, co pozwala sądzić, że wyciągnięte wnioski znajdą szerokie zastosowanie w rolnictwie. Odkrycia te stwarzają realne szanse dla nowoczesnej biotechnologii na opracowanie nowych odmian roślin uprawnych, które będą charakteryzować się znacznie wyższą odpornością na ekstremalną dehydratację.

Białka LEA zaliczane są do grupy hydrofilin bogatych w glicynę, co sprzyja zachowaniu ich giętkiej formy w roztworach wodnych. Są one naturalnie obecne nie tylko w nasionach, ale i w pyłku roślin lądowych, czyli w strukturach, które ewolucyjnie przystosowały się do przechodzenia przez fazy odwodnienia i kryptobiozy w celu przetrwania niekorzystnych warunków.

Interesującym aspektem jest fakt, że w przeciwieństwie do klasycznych chaperonów, białka LEA nie potrzebują energii z ATP do ochrony struktur komórkowych. Nie zajmują się one również przywracaniem pierwotnego kształtu innych białek po ich wyschnięciu, co wyraźnie odróżnia je od typowych mechanizmów naprawczych występujących w organizmach roślinnych.

Potencjał aplikacyjny tych molekuł wykracza jednak daleko poza ramy rolnictwa. Testy prowadzone w warunkach in vitro sugerują, że białka te mogą skutecznie stabilizować inne, wrażliwe na czynniki zewnętrzne proteiny, co otwiera fascynujące perspektywy w medycynie. Może to objąć obszar kriokonserwacji embrionów zwierzęcych oraz długoterminowego przechowywania komórek wykorzystywanych w skomplikowanych procedurach terapeutycznych.

Co więcej, obecność białek LEA oraz ich podgrupy – dehydryn z rodziny D-11 – została potwierdzona w wielu tkankach roślinnych i zwierzęcych. Świadczy to o ich niezwykle dawnej historii ewolucyjnej i uniwersalności jako mechanizmu obronnego natury, który pozwala na przetrwanie w najbardziej nieprzyjaznych środowiskach na Ziemi.

Z punktu widzenia globalnego bezpieczeństwa żywnościowego, dogłębne poznanie procesów pozwalających nasionom na bezpieczne wchodzenie w stan uśpienia jest kwestią o znaczeniu strategicznym. Badania realizowane przez ekspertów z UNAM mogą stać się fundamentem dla innowacyjnych metod selekcji i hodowli roślin, które będą lepiej przystosowane do gwałtownych i nieprzewidywalnych zmian klimatycznych.

Praktyczne wykorzystanie tej wiedzy w biotechnologii rolniczej może zapewnić bardziej stabilne i długofalowe magazynowanie światowych zasobów genetycznych roślin. Jest to element krytyczny dla zachowania ciągłości produkcji rolnej w świecie zmagającym się z coraz częstszymi okresami suszy, co ma bezpośredni wpływ na stabilność gospodarki żywnościowej na całym świecie.