追踪信使RNA (mRNA)在植物中的作用就像是在玩基因电话游戏。
科学家们知道，一些携带遗传密码到生物体蛋白质制造机制的信使rna正在从根到芽的过程中。但是他们不知道在这成千上万的基因链中，哪一种是有意在不同的器官系统之间分享遗传信息的。
这是一个关键的问题，特别是当涉及到植物嫁接。这就是移动信使rna可以用来在器官系统中传递信号，帮助改变植物对环境压力的反应。
玛格丽特·弗兰克博士是农业和生命科学学院综合植物科学学院的植物生物学助理教授，她通过开发一个模型来观察mRNA在植物系统中的实时运动来解决这个问题。
美国国家科学基金会(National Science Foundation)最近授予弗兰克一项为期五年、耗资130万美元的教职员工早期职业发展项目(Faculty Early Career Development Program)拨款，以支持她“利用植物移动体来预测、设计和传输植物中的长距离rna”的提案。
Frank将利用计算分析从噪音中分离出信号，并确定特定mRNA在长距离信号传输中的作用，希望最终设计出一种方法，利用mRNA在嫁接植物系统中传递目标信息。
弗兰克说:“更好地理解信使rna是如何通过植物传递的，以及它们转化为信号的可能性，有很大的潜力。”他说，“其中一个不切实际的目标是能够嫁接到供体树枝上，迅速改变作物的开花时间来应对温度，例如，这将在气候变化的情况下产生真正的影响。”
然而，科学家对mrna的大部分了解仅限于它们在单个细胞内将DNA翻译成表达蛋白的作用。弗兰克的项目将对移动的信使rna进行长距离的观察，以了解在不同物种的不同器官之间(在这个例子中，是茄子和番茄)有什么遗传信息被传递。
弗兰克说:“这些基因组有足够的差异，我们可以追踪茄子和番茄产生的几乎所有rna，看看基因组规模上哪些rna从根转移到芽，或从芽转移到根。”
弗兰克的实验室已经证明了这两个物种是嫁接兼容的。现在，他们正在为孟加拉国农业研究所的一个茄子品种生成参考基因组，这不仅将用于这项研究，而且也将使世界各地的植物育种者受益。(番茄的参考基因组已经存在。)
该项目的第二部分包括创建一个实时成像系统，以监测mrna在移植物血管系统中的运动。弗兰克的团队将跟踪数千种mrna的日常循环和发育时期，从植物生命周期的早期到生殖发育。
为了监视如此多的活动部件，弗兰克的团队将使用荧光成像技术标记这些mrna，以监测它们的实时运动。然后，为了确保追踪的准确性，研究人员将采集组织样本，并使用一种叫做RNA涂色的技术来确定茄子和番茄不同的mRNA链是如何在移植的植株中移动的。
“RNA涂色可以让你在非活体组织中涂色RNA转录本，”弗兰克说。“所以你可以获取组织，然后观察rna在亚细胞水平上的位置。”
利用这种实时跟踪、组织取样和生物信息学的结合，该团队应该能够在基因组规模上确定mRNA的移动是否与被动波动有关，或者是否采取了更有针对性的方法。如果后者是正确的，那么弗兰克就解决了信使rna在植物系统中充当长距离信号载体的神秘问题。
该项目的最后阶段将为mRNA建立一个靶向传递系统，使其通过移植物连接处并将遗传信息存储到其他物种的器官系统中。通过识别使现有的信使rna具有可移动性的特征，研究人员希望激活其他信使rna的远距离信号机制，并对它们进行编程，以传递特定的DNA转录本。
合作者包括Umair Ahsan, Frank实验室的前博士后研究员。其他合作者包括加州大学伯克利分校的研究人员;密歇根州立大学;特拉华大学;孟加拉国农业研究所;哈德森阿尔法生物技术研究所;以及英国的南安普敦大学
卡尔的研究发展部和卡尔的资助研究办公室帮助弗兰克制定并提交了她的提案。
本文的一个版本出现在CALS的网站上。
Jana Wiegand是农业和生命科学学院的编辑内容经理。
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：http://news.cornell.edu/stories/2020/07/plant-communication-project-gets-13m-grant-nsf