Imagine: Metodele tradiționale de regenerare a plantelor necesită utilizarea regulatorilor de creștere a plantelor, cum ar fi hormonii, care pot fi specifici speciei și necesită multă muncă. Într-un nou studiu, oamenii de știință au dezvoltat un nou sistem de regenerare a plantelor prin reglarea funcției și expresiei genelor implicate în dediferențierea (proliferarea celulară) și rediferențierea (organogeneza) celulelor vegetale. Vezi mai mult
Metodele tradiționale de regenerare a plantelor necesită utilizarearegulatori de creștere a plantelorcahormons, care pot fi specifice speciei și necesită multă muncă. Într-un nou studiu, oamenii de știință au dezvoltat un nou sistem de regenerare a plantelor prin reglarea funcției și expresiei genelor implicate în dediferențierea (proliferarea celulară) și rediferențierea (organogeneza) celulelor vegetale.
Plantele au fost principala sursă de hrană pentru animale și oameni timp de mulți ani. În plus, plantele sunt folosite pentru a extrage diverși compuși farmaceutici și terapeutici. Cu toate acestea, utilizarea lor greșită și cererea tot mai mare de alimente evidențiază necesitatea unor noi metode de ameliorare a plantelor. Progresele în biotehnologia plantelor ar putea rezolva viitoarele penurii de alimente prin producerea de plante modificate genetic (MG) care sunt mai productive și mai rezistente la schimbările climatice.
În mod natural, plantele pot regenera plante complet noi dintr-o singură celulă „totipotentă” (o celulă care poate da naștere la mai multe tipuri de celule) prin dediferențiere și rediferențiere în celule cu structuri și funcții diferite. Condiționarea artificială a acestor celule totipotente prin cultura țesuturilor vegetale este utilizată pe scară largă pentru protecția plantelor, ameliorare, producerea de specii transgenice și în scopuri de cercetare științifică. În mod tradițional, cultura țesuturilor pentru regenerarea plantelor necesită utilizarea regulatorilor de creștere a plantelor (GGR), cum ar fi auxinele și citokininele, pentru a controla diferențierea celulară. Cu toate acestea, condițiile hormonale optime pot varia semnificativ în funcție de specia plantei, condițiile de cultură și tipul de țesut. Prin urmare, crearea condițiilor optime de explorare poate fi o sarcină care necesită mult timp și multă muncă.
Pentru a depăși această problemă, profesorul asociat Tomoko Ikawa, împreună cu profesorul asociat Mai F. Minamikawa de la Universitatea Chiba, profesorul Hitoshi Sakakibara de la Școala Postuniversitară de Științe Bio-Agricole a Universității Nagoya și Mikiko Kojima, un tehnician expert de la RIKEN CSRS, au dezvoltat o metodă universală pentru controlul plantelor prin reglare. Exprimarea genelor de diferențiere celulară „reglementate de dezvoltare” (DR) pentru a realiza regenerarea plantelor. Publicat în volumul 15 al revistei Frontiers in Plant Science pe 3 aprilie 2024, Dr. Ikawa a oferit informații suplimentare despre activitatea lor de cercetare, declarând: „Sistemul nostru nu utilizează PGR-uri externe, ci folosește în schimb gene ale factorilor de transcripție pentru a controla diferențierea celulară, similar cu celulele pluripotente induse la mamifere.”
Cercetătorii au exprimat ectopic două gene DR, BABY BOOM (BBM) și WUSCHEL (WUS), de la Arabidopsis thaliana (folosită ca plantă model) și au examinat efectul acestora asupra diferențierii culturilor de țesuturi de tutun, salată verde și petunie. BBM codifică un factor de transcripție care reglează dezvoltarea embrionară, în timp ce WUS codifică un factor de transcripție care menține identitatea celulelor stem în regiunea meristemului apical al lăstarului.
Experimentele lor au arătat că exprimarea BBM sau WUS de Arabidopsis nu este suficientă pentru a induce diferențierea celulară în țesutul frunzelor de tutun. În schimb, coexprimarea BBM îmbunătățită funcțional și a WUS modificată funcțional induce un fenotip de diferențiere autonomă accelerată. Fără utilizarea PCR, celulele transgenice ale frunzelor s-au diferențiat în calus (masă celulară dezorganizată), structuri verzi asemănătoare organelor și muguri adventivi. Analiza cantitativă a reacției în lanț a polimerazei (qPCR), o metodă utilizată pentru cuantificarea transcrierilor genetice, a arătat că expresia BBM și WUS de Arabidopsis s-a corelat cu formarea de calusuri și lăstari transgenici.
Având în vedere rolul crucial al fitohormonilor în diviziunea și diferențierea celulară, cercetătorii au cuantificat nivelurile a șase fitohormoni, și anume auxină, citokinină, acid abscisic (ABA), giberelină (GA), acid jasmonic (JA), acid salicilic (SA) și metaboliții săi în culturile de plante transgenice. Rezultatele lor au arătat că nivelurile de auxină activă, citokinină, ABA și GA inactiv cresc pe măsură ce celulele se diferențiază în organe, evidențiind rolurile acestora în diferențierea celulelor plantelor și organogeneză.
În plus, cercetătorii au utilizat transcriptomi de secvențiere ARN, o metodă de analiză calitativă și cantitativă a expresiei genelor, pentru a evalua modelele de expresie genică în celulele transgenice care prezintă o diferențiere activă. Rezultatele lor au arătat că genele legate de proliferarea celulară și auxină au fost îmbogățite cu gene reglate diferențial. Examinări ulterioare folosind qPCR au relevat că celulele transgenice au avut o expresie crescută sau scăzută a patru gene, inclusiv gene care reglează diferențierea celulelor vegetale, metabolismul, organogeneza și răspunsul la auxină.
Per ansamblu, aceste rezultate dezvăluie o abordare nouă și versatilă a regenerării plantelor, care nu necesită aplicarea externă a PCR. În plus, sistemul utilizat în acest studiu ar putea îmbunătăți înțelegerea proceselor fundamentale de diferențiere a celulelor vegetale și ar putea îmbunătăți selecția biotehnologică a speciilor de plante utile.
Subliniind potențialele aplicații ale muncii sale, Dr. Ikawa a spus: „Sistemul raportat ar putea îmbunătăți ameliorarea plantelor prin furnizarea unui instrument pentru inducerea diferențierii celulare a celulelor vegetale transgenice fără a fi nevoie de PCR. Prin urmare, înainte ca plantele transgenice să fie acceptate ca produse, societatea va accelera ameliorarea plantelor și va reduce costurile de producție asociate.”
Despre profesorul asociat Tomoko Igawa Dr. Tomoko Ikawa este profesor asistent la Școala Postuniversitară de Horticultură, Centrul pentru Științe Moleculare ale Plantelor și Centrul pentru Agricultură Spațială și Cercetare Horticolă, Universitatea Chiba, Japonia. Interesele sale de cercetare includ reproducerea sexuală și dezvoltarea plantelor și biotehnologia plantelor. Munca sa se concentrează pe înțelegerea mecanismelor moleculare ale reproducerii sexuate și diferențierii celulelor vegetale utilizând diverse sisteme transgenice. Are mai multe publicații în aceste domenii și este membră a Societății Japoneze de Biotehnologie a Plantelor, a Societății Botanice din Japonia, a Societății Japoneze de Ameliorare a Plantelor, a Societății Japoneze de Fiziologi a Plantelor și a Societății Internaționale pentru Studiul Reproducerii Sexuale a Plantelor.
Diferențierea autonomă a celulelor transgenice fără utilizarea externă a hormonilor: expresia genelor endogene și comportamentul fitohormonilor
Autorii declară că studiul a fost realizat în absența oricăror relații comerciale sau financiare care ar putea fi interpretate ca un potențial conflict de interese.
Declinare de responsabilitate: AAAS și EurekAlert nu sunt responsabile pentru acuratețea comunicatelor de presă publicate pe EurekAlert! Orice utilizare a informațiilor de către organizația care furnizează informațiile sau prin intermediul sistemului EurekAlert este exclusă.
Data publicării: 22 august 2024