تجزیه و تحلیل سلول های گیاهی منفرد بینش هایی را در مورد بیوسنتز محصول طبیعی ارائه می دهد

از

لورنزو کاپوتی توضیح داد: “با omics تک سلولی، ما روشی داریم که به محققان اجازه می دهد اطلاعات ژنتیکی و متابولیکی را به سلول های فردی اختصاص دهند. اصطلاح “omics” به این واقعیت اشاره دارد که کل مجموعه ای از ژن ها یا متابولیت ها کمی سازی و تجزیه و تحلیل می شوند.” ، رئیس گروه پروژه بیوسنتز آلکالوئید در بخش بیوسنتز محصولات طبیعی در MPI و یکی از نویسندگان اصلی.

درک بهتر مسیرهای بیوسنتزی داروهای ضد سرطان وین کریستین و وینبلاستین نیز ممکن است به تولید یا برداشت موثرتر این ترکیبات در دراز مدت کمک کند. استفاده از روش های شرح داده شده همچنین برای مطالعه بسیاری دیگر از محصولات طبیعی جالب و مهم از نظر پزشکی از پادشاهی گیاهان امیدوار کننده است.

آشنایی با مسیرهای بیوسنتزی
همانطور که تجزیه و تحلیل نشان داد، کل مسیر بیوسنتزی برای آلکالوئید وینبلاستین به سه مرحله و سه نوع سلول مجزا سازماندهی شده است.

بررسی انواع سلول های تخصصی
دانشمندان می‌دانند که فعالیت ژن‌ها در بین سلول‌های گیاه متفاوت است و شیمی آن می‌تواند از سلولی به سلول دیگر متفاوت باشد. هدف مطالعه اخیر، استفاده از مجموعه جدیدی از روش‌ها به‌نام omics تک سلولی برای بررسی انواع سلول‌های تخصصی و کمیاب بود که نقش اصلی را در بیوسنتز محصولات طبیعی گیاهی ایفا می‌کنند و سیگنال‌های آنها اغلب توسط انواع سلول‌های فراوان‌تر پنهان می‌شوند. در اندام های گیاهی

تکنیک های جدید برای مطالعه محصولات طبیعی
تیم تحقیقاتی مطمئن است که سازماندهی مسیرهای بیوسنتزی برای آلکالوئیدهای مرتبط دارویی در Catharanthus roseus یک پدیده مجزا نیست. رابین بوئل، پژوهشگر جورجیا، گفت: “ما تازه شروع به درک چگونگی و چرایی چنین سازمانی خاص برای نوع سلولی کرده‌ایم. علاوه بر این، تجزیه و تحلیل ژن‌هایی که به طور همزمان در یک نوع سلول خاص بیان می‌شوند به ما کمک کرده تا بازیگران جدیدی را در این مسیر متابولیک شناسایی کنیم. کرسی محقق برجسته Alliance (GRA) در ژنومیک محصولات زراعی در UGA: “از همین روش می توان برای مطالعه بیوسنتز بسیاری از محصولات طبیعی دیگر استفاده کرد. در نهایت، مکان‌های دقیق انباشتگی ترکیبات گیاهی، مانند اپیدرم، سیستم عروقی یا مجرای لاتکس، می‌تواند به ما کمک کند تا نقش اکولوژیکی محصولات طبیعی را فرض کنیم. برای مثال، بسته به الگوی تجمع، ترکیبات ممکن است در برابر حشرات گزنده موثرتر از حشرات مکنده شیره باشند.”

رویکرد توصیف شده در این مطالعه به محدود کردن این سلول‌های کمیاب و تخصصی و کشف فعالیت‌های ژنی و شیمی منحصر به آنها کمک می‌کند.

بر اساس مطالعه جدیدی که در Nature Chemical منتشر شده است، یک تیم بین المللی از محققان دانشگاه جورجیا و موسسه ماکس پلانک (MPI) برای اکولوژی شیمیایی در آلمان، یک استراتژی امیدوارکننده برای رمزگشایی مسیرهای متابولیک برای ترکیبات گیاهی مهم در درمان های پزشکی کشف کرده اند. زیست شناسی.

منبع: caes.uga.edu



منبع

گیاهان از نظر تنوع، به ویژه در انواع متابولیت هایی که تولید می کنند، چشمگیر هستند. بسیاری از محصولات گیاهی طبیعی از مولکول های بسیار پیچیده مانند آلکالوئیدهای وین کریستین و وینبلاستین تشکیل شده اند که توسط گل ماداگاسکار تولید می شوند. این دو ماده در حال حاضر در درمان سرطان ضروری هستند و محققان علاقه مند هستند تا دریابند کدام مراحل بیوسنتزی فردی برای تشکیل مولکول های پیچیده مورد نیاز است.

مرحله اول منحصراً در سلول‌های تخصصی مرتبط با بسته‌های آوندی در برگ به نام IPAP بیان می‌شود. مرحله دوم مسیر بیوسنتزی تنها در سلول‌های اپیدرم، لایه‌ای از سلول‌هایی که برگ‌ها را می‌پوشاند، و آخرین مرحله شناخته شده بیان می‌شود. مراحل مسیر بیوسنتزی منحصراً در idioblasts، یک نوع سلول نادر از برگ بیان می شود.

محققان پیش‌بینی می‌کنند که این رویکرد روش‌شناختی بینش‌های مهم جدیدی را در مورد بیوسنتز بسیاری از محصولات طبیعی دیگر از پادشاهی گیاهی ارائه می‌کند.

تیم تحقیقاتی تحت رهبری Chenxin Li از مرکز فناوری‌های ژنتیکی کاربردی UGA در کالج علوم کشاورزی و محیط‌زیست، بیوسنتز دو آلکالوئید را از ماداگاسکار (Catharanthus roseus) که به‌عنوان عوامل ضد سرطان در پزشکی بشر استفاده می‌شوند، مورد مطالعه قرار دادند. ژن های تشکیل این مواد فعال در انواع مختلف سلول بیان می شوند. با استفاده از آنالیزهای تک سلولی، دانشمندان توانستند ژن‌های جدید مهمی برای بیوسنتز کشف کنند و نشان دهند که واسطه‌های مسیر متابولیک در انواع سلول‌های خاص تجمع می‌یابند. واسطه ها مولکول هایی هستند که پیش سازها یا متابولیت های مولکول های بیولوژیکی مهم هستند.

“دو پیش ساز مهم وینبلاستین – کاتارانتین و ویندولین – در سلول های ایدیوبلاست در غلظت های میلی مولار، حدود سه مرتبه بزرگتر از خود وین بلاستین وجود دارد. غلظت این دو پیش ساز در این سلول ها بسیار بیشتر از آنچه انتظار داشتیم بود و حتی از غلظت آنها نیز فراتر رفت. سارا اوکانر، سرپرست تیم تحقیق، گفت: در عصاره‌های کل اندام، این مشاهدات منطقی است زیرا کاتارانتین و ویندولین فقط در سلول‌های نادر ایدیوبلاست یافت می‌شوند. بخش بیوسنتز محصولات طبیعی در MPI.

“در حال حاضر، این ترکیبات هنوز در مقادیر بسیار کم از عصاره برگ گیاه به دست می آیند. ما می توانیم از گیاه یاد بگیریم که این ترکیب چگونه تولید می شود و از این دانش برای توسعه سیستم های تولیدی که مقرون به صرفه تر، مقیاس پذیرتر و پایدارتر هستند، استفاده کنیم.” لی، نویسنده اول این مطالعه، در توصیف هدف تحقیق گفت.

محققان غلظت چند واسطه را در مسیر متابولیک وینبلاستین در تک سلولی اندازه گیری کردند و از نتایج شگفت زده شدند.