Истражувачите развиваат нов метод за регенерација на растенијата преку регулирање на експресијата на гените кои ја контролираат диференцијацијата на растителните клетки.

 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 видовите и трудоинтензивни. Во новото истражување, научниците развија нов систем за регенерација на растенијата со регулирање на функцијата и изразувањето на гените кои се вклучени во дедиференцијација (пролиферација на клетки) и редиференцијација (органогенеза) на растителните клетки. Прикажи повеќе
Традиционалните методи за регенерација на растенијата бараат употреба нарегулатори за раст на растенијатакако што сехормонs, кои можат да бидат специфични за видовите и трудоинтензивни. Во новото истражување, научниците развија нов систем за регенерација на растенијата со регулирање на функцијата и изразувањето на гените кои се вклучени во дедиференцијација (пролиферација на клетки) и редиференцијација (органогенеза) на растителните клетки.
Растенијата со години се главен извор на храна за животните и луѓето. Покрај тоа, растенијата се користат за екстракција на различни фармацевтски и терапевтски соединенија. Сепак, нивната злоупотреба и зголемената побарувачка за храна ја нагласуваат потребата од нови методи за одгледување растенија. Напредокот во растителната биотехнологија може да го реши идниот недостиг на храна со производство на генетски модифицирани (ГМ) растенија кои се попродуктивни и поотпорни на климатските промени.
Природно, растенијата можат да регенерираат целосно нови растенија од една „тотипотентна“ клетка (клетка која може да доведе до повеќе типови клетки) со дедиференцирање и редиференцирање во клетки со различни структури и функции. Вештачкото уредување на таквите тотипотентни клетки преку култура на растително ткиво е широко користено за заштита на растенијата, размножување, производство на трансгенски видови и за научно-истражувачки цели. Традиционално, ткивната култура за регенерација на растенијата бара употреба на регулатори за раст на растенијата (GGRs), како што се ауксини и цитокинини, за да се контролира клеточната диференцијација. Сепак, оптималните хормонални услови може значително да варираат во зависност од растителниот вид, условите на културата и типот на ткивото. Затоа, создавањето оптимални услови за истражување може да биде задача која одзема многу време и труд.
За да се надмине овој проблем, вонреден професор Томоко Икава, заедно со вонреден професор Маи Ф. Минамикава од Универзитетот Чиба, професор Хитоши Сакакибара од Факултетот за био-земјоделски науки на Универзитетот Нагоја и Микико Коџима, експерт техничар од RIKEN CSRS, развија универзален метод за регулација на растенијата. Изразување на „развојно регулирани“ (DR) гени за диференцијација на клетките за да се постигне регенерација на растенијата. Објавен 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 PGRs, туку наместо тоа користи гени на факторот на транскрипција за да ја контролира клеточната диференцијација. слично на плурипотентните клетки индуцирани кај цицачите.
Истражувачите ектопично изразија два DR гени, BABY BOOM (BBM) и WUSCHEL (WUS), од Arabidopsis thaliana (кој се користи како модел на растение) и го испитуваа нивниот ефект врз диференцијацијата на ткивна култура на тутун, зелена салата и петунија. BBM кодира фактор на транскрипција кој го регулира ембрионалниот развој, додека WUS кодира фактор на транскрипција кој го одржува идентитетот на матичните клетки во пределот на апикалниот меристем на стрелата.
Нивните експерименти покажаа дека само експресијата на Arabidopsis BBM или WUS не е доволна за да предизвика клеточна диференцијација во ткивото на листот на тутунот. Спротивно на тоа, коекспресијата на функционално подобрениот BBM и функционално модифицираниот WUS индуцира забрзан автономен фенотип на диференцијација. Без употреба на PCR, трансгенските лисни клетки се диференцираат во калус (неорганизирана клеточна маса), зелени структури слични на органи и адвентивни пупки. Анализата на квантитативната полимеразна верижна реакција (qPCR), метод што се користи за квантифицирање на транскриптите на гените, покажа дека изразот на Arabidopsis BBM и WUS е во корелација со формирањето на трансгенски кали и ластари.
Имајќи ја предвид клучната улога на фитохормоните во клеточната делба и диференцијација, истражувачите ги квантифицираа нивоата на шест фитохормони, имено ауксин, цитокинин, абсцинска киселина (ABA), гиберелин (GA), јасмонска киселина (JA), салицилна киселина (SA) и нејзините растителни метаболити во трансгенот. Нивните резултати покажаа дека нивоата на активниот ауксин, цитокинин, АБА и неактивен ГА се зголемуваат како што клетките се диференцираат во органи, нагласувајќи ја нивната улога во диференцијацијата и органогенезата на растителните клетки.
Покрај тоа, истражувачите користеа транскриптоми за секвенционирање на РНК, метод за квалитативна и квантитативна анализа на генската експресија, за да ги проценат моделите на генска експресија во трансгенските клетки кои покажуваат активна диференцијација. Нивните резултати покажаа дека гените поврзани со клеточната пролиферација и ауксинот се збогатени со диференцијално регулирани гени. Понатамошното испитување со употреба на qPCR откри дека трансгенските 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 за регенерација на растенијата кој не бара надворешна примена на PCR. Дополнително, системот користен во оваа студија може да го подобри нашето разбирање за основните 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 може да го подобри одгледувањето растенија преку обезбедување алатка за поттикнување клеточна диференцијација на трансгенските растителни клетки без потреба од PCR. Затоа, пред трансгенските растенија да бидат прифатени како производи, општеството ќе го забрза одгледувањето на растенијата и ќе ги намали поврзаните трошоци за производство“.
За вонреден професор Томоко Игава Д-р Томоко Икава е асистент на Факултетот за хортикултура, Центарот за науки за молекуларни растенија и Центарот за вселенско земјоделско и хортикултурно истражување на Универзитетот Чиба, Јапонија. Нејзините истражувачки интереси вклучуваат сексуална репродукција и развој на растенијата и растителна биотехнологија. Нејзината работа се фокусира на разбирање на молекуларните механизми на сексуална репродукција и диференцијација на растителни клетки користејќи различни трансгенски системи. Таа има неколку публикации во овие области и е член на Јапонското здружение за растителна биотехнологија, Ботаничкото друштво на Јапонија, Јапонското здружение за одгледување растенија, Јапонското здружение на физиолози на растенија и Меѓународното здружение за проучување на сексуалната репродукција на растенијата.
Автономна диференцијација на трансгенски клетки без надворешна употреба на хормони: изразување на ендогени гени и однесување на фитохормоните
Авторите изјавуваат дека истражувањето било спроведено во отсуство на какви било комерцијални или финансиски односи кои би можеле да се толкуваат како потенцијален конфликт на интереси.
Одрекување: AAAS и EurekAlert не се одговорни за точноста на соопштенијата за печат објавени на EurekAlert! Секое користење на информации од страна на организацијата што ги обезбедува информациите или преку системот EurekAlert.