Слика: Традиционалните методи за регенерација на растенијата бараат употреба на регулатори за раст на растенијата, како што се хормоните, кои можат да бидат специфични за видот и да бараат многу труд. Во нова студија, научниците развија нов систем за регенерација на растенијата преку регулирање на функцијата и експресијата на гените вклучени во дедиференцијацијата (клеточна пролиферација) и редиференцијацијата (органогенеза) на растителните клетки. Погледнете повеќе
Традиционалните методи за регенерација на растенијата бараат употреба нарегулатори на раст на растенијатакако што ехормонs, што може да биде специфично за видот и да бара многу труд. Во нова студија, научниците развија нов систем за регенерација на растенијата преку регулирање на функцијата и експресијата на гените вклучени во дедиференцијацијата (клеточна пролиферација) и редиференцијацијата (органогенеза) на растителните клетки.
Растенијата се главен извор на храна за животните и луѓето со години. Покрај тоа, растенијата се користат за екстракција на разни фармацевтски и терапевтски соединенија. Сепак, нивната злоупотреба и растечката побарувачка за храна ја истакнуваат потребата од нови методи на одгледување растенија. Напредокот во биотехнологијата на растенијата би можел да го реши идниот недостиг на храна со производство на генетски модифицирани (ГМ) растенија кои се попродуктивни и поотпорни на климатските промени.
Секако, растенијата можат да регенерираат сосема нови растенија од една „тотипотентна“ клетка (клетка што може да доведе до повеќе типови клетки) со дедиференцијација и редиференцијација во клетки со различни структури и функции. Вештачкото кондиционирање на таквите тотипотентни клетки преку култура на растителни ткива е широко користено за заштита на растенијата, размножување, производство на трансгени видови и за научни истражувачки цели. Традиционално, културата на ткива за регенерација на растенијата бара употреба на регулатори на раст на растенијата (GGR), како што се ауксини и цитокинини, за контрола на клеточната диференцијација. Сепак, оптималните хормонски услови можат значително да варираат во зависност од видот на растението, условите за култура и видот на ткивото. Затоа, создавањето оптимални услови за истражување може да биде задача што одзема многу време и труд.
За да се надмине овој проблем, вонредната професорка Томоко Икава, заедно со вонредната професорка Маи Ф. Минамикава од Универзитетот Чиба, професорката Хитоши Сакакибара од постдипломските студии за биоземјоделски науки на Универзитетот Нагоја и Микико Коџима, експерт техничар од RIKEN CSRS, развија универзален метод за контрола на растенијата преку регулација. Експресија на гени за „развојно регулирана“ (DR) клеточна диференцијација за да се постигне регенерација на растенијата. Објавено во том 15 од Frontiers in Plant Science на 3 април 2024 година, д-р Икава даде дополнителни информации за нивната истражувачка работа, наведувајќи: „Нашиот систем не користи надворешни PGR, туку користи гени за транскрипциски фактори за контрола на клеточната диференцијација, слично на плурипотентните клетки индуцирани кај цицачите.“
Истражувачите ектопично експресирале два DR гена, BABY BOOM (BBM) и WUSCHEL (WUS), од Arabidopsis thaliana (користен како модел растение) и го испитале нивниот ефект врз диференцијацијата на ткивни култури на тутун, зелена салата и петунија. BBM кодира транскрипциски фактор кој го регулира ембрионалниот развој, додека WUS кодира транскрипциски фактор кој го одржува идентитетот на матичните клетки во регионот на апикалниот меристем на изданокот.
Нивните експерименти покажаа дека експресијата на Arabidopsis BBM или WUS сама по себе не е доволна за да предизвика клеточна диференцијација во ткивото на листот од тутун. Спротивно на тоа, коекспресијата на функционално подобрениот BBM и функционално модифициран WUS индуцира забрзан фенотип на автономна диференцијација. Без употреба на PCR, трансгените лисни клетки се диференцираа во калус (неорганизирана клеточна маса), зелени структури слични на органи и адвентни пупки. Квантитативната анализа на полимеразната верижна реакција (qPCR), метод што се користи за квантификација на генските транскрипти, покажа дека експресијата на Arabidopsis BBM и WUS е во корелација со формирањето на трансгени калуси и изданоци.
Имајќи ја предвид клучната улога на фитохормоните во клеточната делба и диференцијација, истражувачите ги квантификуваа нивоата на шест фитохормони, имено ауксин, цитокинин, апсцисинска киселина (ABA), гиберелин (GA), јасмонска киселина (JA), салицилна киселина (SA) и нејзините метаболити во трансгените растителни култури. Нивните резултати покажаа дека нивоата на активен ауксин, цитокинин, ABA и неактивен GA се зголемуваат како што клетките се диференцираат во органи, истакнувајќи ги нивните улоги во диференцијацијата и органогенезата на растителните клетки.
Дополнително, истражувачите користеа транскриптоми за секвенционирање на РНК, метод за квалитативна и квантитативна анализа на генската експресија, за да ги проценат шемите на генската експресија во трансгените клетки кои покажуваат активна диференцијација. Нивните резултати покажаа дека гените поврзани со клеточната пролиферација и ауксинот беа збогатени со диференцијално регулирани гени. Понатамошното испитување со qPCR покажа дека трансгените клетки имале зголемена или намалена експресија на четири гени, вклучувајќи гени кои ја регулираат диференцијацијата на растителните клетки, метаболизмот, органогенезата и одговорот на ауксинот.
Генерално, овие резултати откриваат нов и разновиден пристап кон регенерацијата на растенијата што не бара надворешна примена на PCR. Покрај тоа, системот што се користи во оваа студија може да го подобри нашето разбирање на фундаменталните процеси на диференцијација на растителните клетки и да ја подобри биотехнолошката селекција на корисни растителни видови.
Истакнувајќи ги потенцијалните примени на неговата работа, д-р Икава рече: „Пријавениот систем би можел да го подобри размножувањето на растенијата преку обезбедување алатка за индуцирање на клеточна диференцијација на трансгени растителни клетки без потреба од PCR. Затоа, пред трансгените растенија да бидат прифатени како производи, општеството ќе го забрза размножувањето на растенијата и ќе ги намали поврзаните трошоци за производство.“
За вонредниот професор Томоко Игава Д-р Томоко Икава е доцент на Постдипломските студии по хортикултура, Центарот за молекуларни науки за растенијата и Центарот за вселенско земјоделство и истражување на хортикултурата, Универзитет Чиба, Јапонија. Нејзините истражувачки интереси вклучуваат сексуална репродукција и развој на растенијата и биотехнологија на растенијата. Нејзината работа се фокусира на разбирање на молекуларните механизми на сексуална репродукција и диференцијација на растителните клетки со користење на различни трансгени системи. Таа има неколку публикации во овие области и е член на Јапонското друштво за биотехнологија на растенијата, Ботаничкото друштво на Јапонија, Јапонското друштво за размножување на растенија, Јапонското друштво на физиолози на растенијата и Меѓународното друштво за проучување на сексуалната репродукција на растенијата.
Автономна диференцијација на трансгени клетки без надворешна употреба на хормони: експресија на ендогени гени и однесување на фитохормони
Авторите изјавуваат дека истражувањето е спроведено во отсуство на какви било комерцијални или финансиски односи што би можеле да се протолкуваат како потенцијален судир на интереси.
Одрекување од одговорност: AAAS и EurekAlert не се одговорни за точноста на соопштенијата за медиумите објавени на EurekAlert! Секоја употреба на информации од страна на организацијата што ги обезбедува информациите или преку системот EurekAlert.
Време на објавување: 22 август 2024 година