W czasopiśmie Nature Communications (IF 18,1; 200 pkt MNiSW) 19 sierpnia 2026 roku ukazała się praca „Transcriptional activity during seed imbibition is conserved, robust and required for germination”, której współautorem jest dr hab. Dariusz Jan Smoliński, Prof. UMK, dyrektor Instytutu Biologii UMK i kierownik Zespołu Bioobrazowania w Instytucie Studiów Zaawansowanych UMK. Artykuł powstał we współpracy z zespołem dr hab. Szymona Świeżewskiego, Prof. IBB i dr Michała Krzysztonia z Laboratorium Biologii Molekularnej Nasion Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN w Warszawie i jest efektem badań prowadzonych równolegle w obu grupach badawczych. Jest to kolejna praca powstała we współpracy obu zespołów. Wcześniejsze wspólne wyniki (również przy udziale dr Agnieszki Kołowerzo-Lubnau z naszego Wydziału), ukazały się w czasopiśmie The EMBO Journal i zostały wyróżnione najbardziej prestiżowym wyróżnieniem Polskiego Towarzystwa Biochemicznego, Nagrodą Parnasa.
Od kilkudziesięciu lat w biologii nasion obowiązywał pogląd, że pierwsze godziny pęcznienia (imbibicji) nasienia opierają się wyłącznie na mRNA zmagazynowanym w czasie jego dojrzewania, a aktywność polimerazy RNA II nie jest na tym etapie potrzebna. Autorzy wykazali, że jest inaczej. Zastosowanie nacinania łupiny nasiennej, które umożliwiło skuteczne wprowadzenie do wnętrza nasienia inhibitora transkrypcji (α-amanityny) oraz znacznika nowo powstających transkryptów (4-tiourydyny), pozwoliło pokazać, że zahamowanie transkrypcji całkowicie blokuje kiełkowanie nasion u Arabidopsis thaliana.
Transkrypcja rusza bardzo wcześnie i ma charakter globalny: nowe transkrypty blisko 900 genów są wykrywalne już po godzinie imbibicji, po 3 godzinach liczba ta rośnie do niemal 10 tysięcy, a po 6 godzinach do ponad 12 tysięcy genów. Ta pierwsza fala w dużej mierze odtwarza wzorzec ekspresji z końcowego etapu dojrzewania nasienia i nie wymaga syntezy nowych białek, opiera się bowiem na maszynerii transkrypcyjnej odziedziczonej po fazie dojrzewania. Dopiero druga fala, prowadząca do kiełkowania, zależy od translacji, co wyznacza wczesny punkt kontrolny całego procesu. Opisany program okazał się wyjątkowo odporny na warunki zewnętrzne, takie jak temperatura imbibicji czy poziom kwasu abscysynowego, a także na warunki, w jakich dojrzewały nasiona. Wyniki te zostały dodatkowo potwierdzone u innego gatunku roślin, u rzepaku Brassica napus, co może wskazywać na powszechny charakter tego wzorca ekspresji u roślin.
Część badań mikroskopowych została wykonana przez doktorantkę Veenę Halale Manjunath w Katedrze Biologii Komórkowej i Molekularnej oraz w Pracowni Bioobrazowania Instytutu Studiów Zaawansowanych UMK, na mikroskopie konfokalnym Leica SP8, we współpracy z prof. Dariuszem J. Smolińskim, a następnie uzupełniona w IBB PAN. Immunolokalizacja fosforylowanych form polimerazy RNA II (Ser2ph oraz Ser5ph) wykazała, że w suchym nasieniu aktywne kompleksy transkrypcyjne są praktycznie niewykrywalne i pojawiają się dopiero w trakcie imbibicji. Z kolei obrazowanie pojedynczych cząsteczek mRNA metodą smFISH dla genów ICL i ssLEA pokazało, że reaktywacja transkrypcji polega na zwiększeniu liczby aktywnych miejsc transkrypcji, a nie liczby polimeraz przypadających na gen. Wyniki te stanowią kluczowe potwierdzenie wniosków płynących z analiz wysokoprzepustowych, również prezentowanych w tej publikacji.
Praca jest kolejnym przykładem efektywnej współpracy Instytutu Biologii i ISZ UMK z wiodącymi krajowymi ośrodkami badawczymi oraz dowodem na to, jak duże znaczenie w badaniach molekularnych ma zaawansowane obrazowanie mikroskopowe.
Krzysztoń M., Halale Manjunath V., Brzeźniak L., Bharti S., Adach M.K., Lal S.S., Witek P., Smoliński D.J., Świeżewski S. (2026). Transcriptional activity during seed imbibition is conserved, robust and required for germination. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-026-76795-8
Link do artykułu: https://www.nature.com/articles/s41467-026-76795-8
Artykuł jest dostępny w otwartym dostępie na licencji CC BY 4.0.
Badania były finansowane między innymi ze środków Narodowego Centrum Nauki (grant NCN nr 2023/50/O/NZ3/00010, kierownik: dr hab. Dariusz Jan Smoliński, Prof. UMK), oraz programu „Inicjatywa Doskonałości - Uczelnia Badawcza” Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu.