Obrázok: Tradičné metódy regenerácie rastlín vyžadujú použitie regulátorov rastu rastlín, ako sú hormóny, ktoré môžu byť druhovo špecifické a náročné na prácu. V novej štúdii vedci vyvinuli nový systém regenerácie rastlín reguláciou funkcie a expresie génov podieľajúcich sa na dediferenciácii (bunkovej proliferácii) a rediferenciácii (organogenéze) rastlinných buniek. Zobraziť viac
Tradičné metódy regenerácie rastlín vyžadujú použitieregulátory rastu rastlínako naprhormóns, ktoré môžu byť druhovo špecifické a náročné na prácu. V novej štúdii vedci vyvinuli nový systém regenerácie rastlín reguláciou funkcie a expresie génov podieľajúcich sa na dediferenciácii (bunkovej proliferácii) a rediferenciácii (organogenéze) rastlinných buniek.
Rastliny sú už mnoho rokov hlavným zdrojom potravy pre zvieratá a ľudí. Okrem toho sa rastliny používajú na extrakciu rôznych farmaceutických a terapeutických zlúčenín. Ich zneužívanie a rastúci dopyt po potravinách však zdôrazňujú potrebu nových metód šľachtenia rastlín. Pokrok v rastlinnej biotechnológii by mohol vyriešiť budúci nedostatok potravín produkciou geneticky modifikovaných (GM) rastlín, ktoré sú produktívnejšie a odolnejšie voči klimatickým zmenám.
Prirodzene, rastliny môžu regenerovať úplne nové rastliny z jednej „totipotentnej“ bunky (bunka, ktorá môže dať vznik viacerým bunkovým typom) dediferenciáciou a rediferenciáciou na bunky s rôznymi štruktúrami a funkciami. Umelá úprava takýchto totipotentných buniek prostredníctvom rastlinnej tkanivovej kultúry sa široko používa na ochranu rastlín, šľachtenie, produkciu transgénnych druhov a na účely vedeckého výskumu. Tradične tkanivová kultúra na regeneráciu rastlín vyžaduje použitie regulátorov rastu rastlín (GGR), ako sú auxíny a cytokiníny, na kontrolu bunkovej diferenciácie. Optimálne hormonálne podmienky sa však môžu výrazne líšiť v závislosti od druhu rastliny, kultivačných podmienok a typu tkaniva. Preto môže byť vytvorenie optimálnych podmienok prieskumu časovo a pracovne náročnou úlohou.
Na prekonanie tohto problému docent Tomoko Ikawa spolu s docentom Mai F. Minamikawom z Chiba University, profesorom Hitoshi Sakakibara z Nagoya University Graduate School of Bio-Agricultural Sciences a Mikiko Kojima, odborným technikom z RIKEN CSRS, vyvinuli univerzálnu metódu kontroly rastlín prostredníctvom regulácie. Expresia „vývojovo regulovaných“ (DR) génov diferenciácie buniek na dosiahnutie regenerácie rastlín. Dr. Ikawa, publikovaný vo zväzku 15 Frontiers in Plant Science 3. apríla 2024, poskytol ďalšie informácie o svojej výskumnej práci a uviedol: "Náš systém nepoužíva externé PGR, ale namiesto toho používa gény transkripčných faktorov na kontrolu bunkovej diferenciácie. podobne ako pluripotentné bunky indukované u cicavcov."
Výskumníci ektopicky exprimovali dva gény DR, BABY BOOM (BBM) a WUSCHEL (WUS), z Arabidopsis thaliana (používané ako modelová rastlina) a skúmali ich vplyv na diferenciáciu tkanivových kultúr tabaku, šalátu a petúnie. BBM kóduje transkripčný faktor, ktorý reguluje embryonálny vývoj, zatiaľ čo WUS kóduje transkripčný faktor, ktorý udržuje identitu kmeňových buniek v oblasti apikálneho meristému výhonku.
Ich experimenty ukázali, že samotná expresia Arabidopsis BBM alebo WUS nie je dostatočná na vyvolanie diferenciácie buniek v tkanive listov tabaku. Na rozdiel od toho koexpresia funkčne zosilneného BBM a funkčne modifikovaného WUS indukuje zrýchlený fenotyp autonómnej diferenciácie. Bez použitia PCR sa transgénne bunky listov diferencovali na kalus (dezorganizovaná bunková hmota), zelené štruktúry podobné orgánom a adventívne púčiky. Analýza kvantitatívnej polymerázovej reťazovej reakcie (qPCR), metóda používaná na kvantifikáciu génových transkriptov, ukázala, že expresia Arabidopsis BBM a WUS korelovala s tvorbou transgénnych kalusov a výhonkov.
Vzhľadom na kľúčovú úlohu fytohormónov pri delení a diferenciácii buniek vedci kvantifikovali hladiny šiestich fytohormónov, a to auxínu, cytokinínu, kyseliny abscisovej (ABA), gibberelínu (GA), kyseliny jasmónovej (JA), kyseliny salicylovej (SA) a jej metabolitov v plodinách transgénnych rastlín. Ich výsledky ukázali, že hladiny aktívneho auxínu, cytokinínu, ABA a neaktívneho GA sa zvyšujú, keď sa bunky diferencujú na orgány, čo zdôrazňuje ich úlohu pri diferenciácii a organogenéze rastlinných buniek.
Okrem toho výskumníci použili transkriptómy sekvenovania RNA, metódu na kvalitatívnu a kvantitatívnu analýzu génovej expresie, na vyhodnotenie vzorov génovej expresie v transgénnych bunkách vykazujúcich aktívnu diferenciáciu. Ich výsledky ukázali, že gény súvisiace s bunkovou proliferáciou a auxínom boli obohatené o rôzne regulované gény. Ďalšie skúmanie pomocou qPCR odhalilo, že transgénne bunky mali zvýšenú alebo zníženú expresiu štyroch génov, vrátane génov, ktoré regulujú diferenciáciu rastlinných buniek, metabolizmus, organogenézu a auxínovú odpoveď.
Celkovo tieto výsledky odhaľujú nový a všestranný prístup k regenerácii rastlín, ktorý nevyžaduje externú aplikáciu PCR. Okrem toho systém použitý v tejto štúdii môže zlepšiť naše chápanie základných procesov diferenciácie rastlinných buniek a zlepšiť biotechnologický výber užitočných rastlinných druhov.
Dr. Ikawa zdôraznil potenciálne aplikácie svojej práce: "Uvádzaný systém by mohol zlepšiť šľachtenie rastlín poskytnutím nástroja na vyvolanie bunkovej diferenciácie transgénnych rastlinných buniek bez potreby PCR. Preto predtým, než budú transgénne rastliny akceptované ako produkty, spoločnosť urýchli šľachtenie rastlín a zníži súvisiace výrobné náklady."
O docentovi Tomoko Igawa Dr. Tomoko Ikawa je odborným asistentom na Graduate School of Horticulture, Centre for Molecular Plant Sciences a Center for Space Agriculture and Horticulture Research, Chiba University, Japan. Medzi jej výskumné záujmy patrí pohlavná reprodukcia a vývoj rastlín a biotechnológia rastlín. Jej práca sa zameriava na pochopenie molekulárnych mechanizmov sexuálnej reprodukcie a diferenciácie rastlinných buniek pomocou rôznych transgénnych systémov. Má niekoľko publikácií v týchto oblastiach a je členkou Japonskej spoločnosti rastlinnej biotechnológie, Botanickej spoločnosti Japonska, Japonskej spoločnosti pre pestovanie rastlín, Japonskej spoločnosti rastlinných fyziológov a Medzinárodnej spoločnosti pre štúdium sexuálnej reprodukcie rastlín.
Autonómna diferenciácia transgénnych buniek bez vonkajšieho použitia hormónov: expresia endogénnych génov a správanie fytohormónov
Autori vyhlasujú, že výskum bol vykonaný bez akýchkoľvek obchodných alebo finančných vzťahov, ktoré by mohli byť chápané ako potenciálny konflikt záujmov.
Zrieknutie sa zodpovednosti: AAAS a EurekAlert nezodpovedajú za presnosť tlačových správ zverejnených na EurekAlert! Akékoľvek použitie informácií organizáciou poskytujúcou informácie alebo prostredníctvom systému EurekAlert.
Čas odoslania: 22. augusta 2024