Obraz: Tradycyjne metody regeneracji roślin wymagają stosowania regulatorów wzrostu roślin, takich jak hormony, które mogą być specyficzne dla gatunku i pracochłonne. W nowym badaniu naukowcy opracowali nowy system regeneracji roślin, regulując funkcję i ekspresję genów zaangażowanych w dedyferencjację (proliferację komórek) i redyferencjację (organogenezę) komórek roślinnych. Zobacz więcej
Tradycyjne metody regeneracji roślin wymagają stosowaniaregulatory wzrostu roślinjak na przykładhormons, które mogą być specyficzne dla gatunku i pracochłonne. W nowym badaniu naukowcy opracowali nowy system regeneracji roślin poprzez regulację funkcji i ekspresji genów zaangażowanych w dedyferencjację (proliferację komórek) i redyferencjację (organogenezę) komórek roślinnych.
Rośliny są głównym źródłem pożywienia dla zwierząt i ludzi od wielu lat. Ponadto rośliny są wykorzystywane do ekstrakcji różnych związków farmaceutycznych i terapeutycznych. Jednak ich niewłaściwe wykorzystanie i rosnące zapotrzebowanie na żywność podkreślają potrzebę nowych metod hodowli roślin. Postęp w biotechnologii roślin może rozwiązać przyszłe niedobory żywności poprzez produkcję genetycznie modyfikowanych (GM) roślin, które są bardziej produktywne i odporne na zmiany klimatu.
Naturalnie rośliny mogą regenerować całkowicie nowe rośliny z pojedynczej „totipotencjalnej” komórki (komórki, która może dać początek wielu typom komórek) poprzez dedyferencjację i redyferencjację w komórki o różnych strukturach i funkcjach. Sztuczne kondycjonowanie takich totipotencjalnych komórek poprzez hodowlę tkanek roślinnych jest szeroko stosowane do ochrony roślin, hodowli, produkcji gatunków transgenicznych i do celów badań naukowych. Tradycyjnie hodowla tkanek do regeneracji roślin wymaga stosowania regulatorów wzrostu roślin (GGR), takich jak auksyny i cytokininy, w celu kontrolowania różnicowania komórek. Jednak optymalne warunki hormonalne mogą się znacznie różnić w zależności od gatunku rośliny, warunków hodowli i rodzaju tkanki. Dlatego też stworzenie optymalnych warunków eksploracji może być zadaniem czasochłonnym i pracochłonnym.
Aby przezwyciężyć ten problem, profesor nadzwyczajny Tomoko Ikawa, wraz z profesorem nadzwyczajnym Mai F. Minamikawą z Chiba University, profesorem Hitoshi Sakakibara z Nagoya University Graduate School of Bio-Agricultural Sciences i Mikiko Kojimą, ekspertem technicznym z RIKEN CSRS, opracowali uniwersalną metodę kontroli roślin poprzez regulację. Ekspresja „regulowanych rozwojowo” (DR) genów różnicowania komórek w celu osiągnięcia regeneracji roślin. Opublikowano w tomie 15 Frontiers in Plant Science 3 kwietnia 2024 r., dr Ikawa podał dalsze informacje na temat swojej pracy badawczej, stwierdzając: „Nasz system nie wykorzystuje zewnętrznych PGR, ale zamiast tego wykorzystuje geny czynników transkrypcyjnych do kontrolowania różnicowania komórek. podobnie do komórek pluripotentnych indukowanych u ssaków”.
Naukowcy dokonali ektopowej ekspresji dwóch genów DR, BABY BOOM (BBM) i WUSCHEL (WUS), z Arabidopsis thaliana (używanej jako roślina modelowa) i zbadali ich wpływ na różnicowanie kultur tkankowych tytoniu, sałaty i petunii. BBM koduje czynnik transkrypcyjny, który reguluje rozwój embrionalny, podczas gdy WUS koduje czynnik transkrypcyjny, który utrzymuje tożsamość komórek macierzystych w regionie wierzchołkowego merystemu pędu.
Ich eksperymenty wykazały, że ekspresja Arabidopsis BBM lub WUS sama w sobie nie jest wystarczająca, aby wywołać różnicowanie komórek w tkance liści tytoniu. Natomiast koekspresja funkcjonalnie wzmocnionego BBM i funkcjonalnie zmodyfikowanego WUS wywołuje przyspieszony fenotyp autonomicznego różnicowania. Bez użycia PCR transgeniczne komórki liści różnicowały się w kalus (niezorganizowaną masę komórkową), zielone struktury przypominające organy i pąki przybyszowe. Ilościowa analiza łańcuchowej reakcji polimerazy (qPCR), metoda stosowana do ilościowego określania transkryptów genów, wykazała, że ekspresja Arabidopsis BBM i WUS korelowała z tworzeniem transgenicznych kalusów i pędów.
Biorąc pod uwagę kluczową rolę fitohormonów w podziale i różnicowaniu komórek, badacze dokonali ilościowej oceny poziomów sześciu fitohormonów, mianowicie auksyny, cytokininy, kwasu abscysynowego (ABA), gibereliny (GA), kwasu jasmonowego (JA), kwasu salicylowego (SA) i jego metabolitów w uprawach roślin transgenicznych. Ich wyniki wykazały, że poziomy aktywnej auksyny, cytokininy, ABA i nieaktywnego GA wzrastają, gdy komórki różnicują się w organy, co podkreśla ich rolę w różnicowaniu komórek roślinnych i organogenezie.
Ponadto badacze wykorzystali sekwencjonowanie transkryptomów RNA, metodę jakościowej i ilościowej analizy ekspresji genów, aby ocenić wzorce ekspresji genów w komórkach transgenicznych wykazujących aktywne różnicowanie. Ich wyniki wykazały, że geny związane z proliferacją komórek i auksyną zostały wzbogacone w geny różnicowo regulowane. Dalsze badanie z wykorzystaniem qPCR wykazało, że komórki transgeniczne miały zwiększoną lub zmniejszoną ekspresję czterech genów, w tym genów regulujących różnicowanie komórek roślinnych, metabolizm, organogenezę i odpowiedź na auksynę.
Ogólnie rzecz biorąc, wyniki te ujawniają nowe i wszechstronne podejście do regeneracji roślin, które nie wymaga zewnętrznego stosowania PCR. Ponadto system użyty w tym badaniu może poprawić nasze zrozumienie podstawowych procesów różnicowania komórek roślinnych i poprawić biotechnologiczną selekcję użytecznych gatunków roślin.
Podkreślając potencjalne zastosowania swojej pracy, dr Ikawa powiedział: „Zgłoszony system może usprawnić hodowlę roślin, zapewniając narzędzie do indukowania różnicowania komórkowego komórek roślin transgenicznych bez potrzeby PCR. Dlatego zanim rośliny transgeniczne zostaną zaakceptowane jako produkty, społeczeństwo przyspieszy hodowlę roślin i obniży związane z nią koszty produkcji”.
O profesorze nadzwyczajnym Tomoko Igawa Dr Tomoko Ikawa jest adiunktem w Graduate School of Horticulture, Center for Molecular Plant Sciences i Center for Space Agriculture and Horticulture Research na Uniwersytecie Chiba w Japonii. Jej zainteresowania badawcze obejmują rozmnażanie płciowe i rozwój roślin oraz biotechnologię roślin. Jej praca koncentruje się na zrozumieniu mechanizmów molekularnych rozmnażania płciowego i różnicowania komórek roślinnych przy użyciu różnych systemów transgenicznych. Ma kilka publikacji w tych dziedzinach i jest członkiem Japan Society of Plant Biotechnology, Botanical Society of Japan, Japanese Plant Breeding Society, Japanese Society of Plant Physiologists i International Society for the Study of Plant Sexual Reproduction.
Autonomiczne różnicowanie komórek transgenicznych bez zewnętrznego użycia hormonów: ekspresja genów endogennych i zachowanie fitohormonów
Autorzy oświadczają, że badania zostały przeprowadzone przy braku jakichkolwiek powiązań komercyjnych lub finansowych, które mogłyby być uznane za potencjalny konflikt interesów.
Zastrzeżenie: AAAS i EurekAlert nie ponoszą odpowiedzialności za dokładność informacji prasowych publikowanych w EurekAlert! Jakiekolwiek wykorzystanie informacji przez organizację dostarczającą informacje lub za pośrednictwem systemu EurekAlert.
Czas publikacji: 22-08-2024