New chemical treatment reduces the stomata in water-regulating plants. | (नवीन रासायनिक उपचार से जल-विनियमन करने वाले पौधों के छिद्रों की संख्या कम हो जाती है )

शोधकर्ताओं ने नागोया विश्वविद्यालयजापान में इंस्टीट्यूट ऑफ ट्रांसफॉर्मेटिव बायोमोलेक्युलस (डब्ल्यूपीआई-आईटीबीएम) और उनके सहयोगियों ने मॉडल पौधों में रंध्र घनत्व के नियमन में महत्वपूर्ण सफलता हासिल की है। जल नियमन में स्टोमेटा एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, और रासायनिक तरीकों का उपयोग करके सूखे के दौरान फसलों के लिए पानी की खपत का प्रबंधन करने की क्षमता तेजी से महत्वपूर्ण होती जा रही है क्योंकि पर्यावरण अधिक अप्रत्याशित हो जाता है।

नेचर कम्युनिकेशंस में प्रकाशित उनका अध्ययन, स्टोमिडाज़ोलोन के संश्लेषण का खुलासा करता है, एक रासायनिक यौगिक जो प्रभावी रूप से पेट के भेदभाव को रोकता है। पौधे. इस खोज में अधिक टिकाऊ और पौष्टिक फसलें बनाने के नए तरीके पेश करके पादप जीव विज्ञान में क्रांति लाने की क्षमता है।

स्टोमेटा, पौधों की पत्तियों की सतहों पर सूक्ष्म छिद्र, प्रकाश संश्लेषण और वाष्पोत्सर्जन जैसी प्रक्रियाओं के लिए आवश्यक हैं। इस प्रगति का कृषि और खाद्य उत्पादन पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ सकता है।

“हमारे अनुसंधान समूह (टोरी समूह) ने नए कारकों की पहचान करने के लिए कई छोटे अणुओं की जांच की है जो पेट के विकास की जांच और हेरफेर कर सकते हैं। हमने स्टोमिडाज़ोलोन पाया, जो आदर्श था क्योंकि यह पौधों की वृद्धि को प्रभावित नहीं करता है लेकिन रंध्र को कम करता है और इसे एक सरल उपचार के माध्यम से लागू किया जा सकता है। नाकागावा ने समझाया। “सैद्धांतिक रूप से पेट के घनत्व को कम करने के लिए इसका उपयोग करने से पौधों को वाष्पोत्सर्जन के माध्यम से कम पानी की हानि होती है, जिससे उन्हें विकास में बाधा डाले बिना शुष्क वातावरण में नमी बनाए रखने में मदद मिलती है।”

रंध्र का विकास जटिल रूप से विशिष्ट प्रोटीन द्वारा नियंत्रित होता है जिसे बेसिक-हेलिक्स-लूप-हेलिक्स प्रोटीन के रूप में जाना जाता है। पौधों के भीतर, प्रोटीन म्यूट रंध्र के निर्माण को सुविधाजनक बनाने के लिए SCREAM नामक एक अन्य प्रोटीन के साथ सहयोग करता है। गहन आनुवंशिक परीक्षण और बायोफिजिकल विश्लेषण के माध्यम से, अनुसंधान टीम ने खुलासा किया कि स्टोमिडाज़ोलोन एक विशिष्ट प्रोटीन डोमेन से जुड़कर अपना प्रभाव डालता है, जिसे MUTE के ACT-जैसे डोमेन के रूप में जाना जाता है, जिससे SCREAM के साथ इसकी बातचीत को रोका जा सकता है।

इसके अलावा, इन खोजों के आधार पर, टीम ने अपने आवश्यक कार्यों को संरक्षित करते हुए स्टोमिडाज़ोलोन के प्रति बढ़े हुए प्रतिरोध के साथ म्यूट प्रोटीन को सफलतापूर्वक इंजीनियर किया।

“जब इन संशोधित म्यूट प्रोटीनों का पौधों में परीक्षण किया गया, तो उन्होंने स्टोमिडाज़ोलोन की उपस्थिति में भी रंध्रों का विकास जारी रखा,” नाकागावा ने कहा। “इससे पता चला कि हम पौधों के विकास को चुनिंदा रूप से नियंत्रित करने के लिए सटीक रासायनिक हस्तक्षेप का उपयोग कर सकते हैं।”

यह अभूतपूर्व शोध चुनिंदा लक्ष्यों के लिए रासायनिक यौगिकों का उपयोग करने में एक बड़ी छलांग का प्रतीक है प्रोटीनआवश्यक जैविक प्रक्रियाओं को नियंत्रित करने के लक्ष्य के साथ।

डॉ. टोरी अपना दृष्टिकोण स्पष्ट करती हैं: “पौधों के विकास में हेरफेर के लिए उपलब्ध रासायनिक उपकरणों का विस्तार करके, हम इस बारे में अपनी समझ को गहरा करते हैं कि पौधे कैसे बढ़ते हैं और स्ट्रोमा नियंत्रण का उपयोग करके कृषि नवाचारों के लिए नई संभावनाओं को अनलॉक करते हैं। मुझे उम्मीद है कि हमारे शोध से ऐसी फसलों को तैयार करने में मदद मिलेगी जो चुनौतीपूर्ण और सूखे के माहौल में भी फल-फूल सकती हैं।”

जर्नल संदर्भ:

1. अयामी नाकागावा, कृष्ण मोहन सेपुरु, शू जान यिप, ह्येमिन सेओ, केल्विन एम. कॉफ़िन, कोटा हाशिमोटो, ज़िक्सुआन ली, यासुतोमो सेगावा, री इवासाकी, हिरो काटो, डाइसुके कुरिहारा, युसुके एहारा, स्टेफ़नी किम, तोशिनोरी किनोशिता, केनिचिरो इटामी, सून -की हान, केई मुराकामी और केइको यू. तोरी। एसीटी-लाइक डोमेन के माध्यम से मास्टर-रेगुलेटरी बीएचएलएच हेटेरोडिमर के गड़बड़ी द्वारा स्टोमेटल भेदभाव का रासायनिक निषेध। प्रकृति संचार2024; डीओआई: 10.1038/एस41467-024-53214-4

Researchers at the Nagoya University in Japan, along with their collaborators at the Institute of Transformative Biomolecules (WPI-ITBM), have made significant progress in regulating stomatal density in model plants. Stomata play a crucial role in water regulation, and managing water consumption in crops during drought through chemical methods is becoming increasingly important as environmental conditions become more unpredictable.

Their study, published in Nature Communications, reveals the synthesis of stomidazolone, a chemical compound that effectively inhibits stomatal differentiation in plants. This discovery has the potential to revolutionize plant biology by introducing new methods for creating more sustainable and nutritious crops.

Stomata are tiny pores on the surfaces of plant leaves that are essential for processes like photosynthesis and transpiration. These advancements could have a significant impact on agriculture and food production.

“Our research group (Tori group) has investigated various small molecules to identify new factors that can examine and manipulate stomatal development. We found stomidazolone to be ideal because it does not affect plant growth but reduces stomatal numbers and can be applied through a simple treatment,” Nakagawa explained. “Theoretically, using it to reduce stomatal density helps plants retain moisture in dry environments without hindering growth by minimizing water loss through transpiration.”

The development of stomata is intricately controlled by specific proteins known as basic-helix-loop-helix proteins. Within plants, these proteins work in conjunction with another protein called SCREAM to facilitate the formation of mutant stomata. Through rigorous genetic testing and biophysical analysis, the research team revealed that stomidazolone exerts its effects by binding to a specific protein domain known as the ACT-like domain of MUTE, blocking its interaction with SCREAM.

Additionally, based on these findings, the team successfully engineered the MUTE protein to have increased resistance to stomidazolone while preserving its essential functions.

“When these modified MUTE proteins were tested in plants, they continued to develop stomata even in the presence of stomidazolone,” Nakagawa noted. “This indicates that we can use precise chemical interventions to selectively control plant development.”

This groundbreaking research represents a significant leap in using chemical compounds for specific targets to control essential biological processes. Proteins play a crucial role in these processes.

Dr. Tori clarifies, “By expanding the chemical tools available for manipulating plant growth, we deepen our understanding of how plants grow and unlock new possibilities for agricultural innovations through stoma control. I hope our research will contribute to developing crops that can thrive even in challenging and drought-prone environments.”

Journal Reference:

1. Ayami Nakagawa, Krishna Mohan Sepuru, Shu Jan Yip, Hyemin Seo, Kelvin M. Coffin, Kota Hashimoto, Zixuan Li, Yasutomo Segawa, Ri Iwasaki, Hiro Kato, Daisuke Kurihara, Yusuke Ehara, Stephanie Kim, Toshinori Kinoshita, Kenichiro Itami, Sun-Ki Han, Kei Murakami, and Keiko U. Tori. Chemical inhibition of stomatal differentiation by disturbance of master-regulatory bHLH heterodimer through ACT-like domain. Nature Communications 2024; DOI: 10.1038/s41467-024-53214-4