Imagine: Metodele tradiționale de regenerare a plantelor necesită utilizarea unor regulatori de creștere a plantelor, cum ar fi hormonii, care pot fi specifici speciei și necesită forță de 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 multe
Metodele tradiționale de regenerare a plantelor necesită utilizarearegulatori de creștere a plantelorcahormons, care pot fi specifice speciei și necesită muncă intensivă. 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 în creștere pentru alimente evidențiază nevoia de noi metode de ameliorare a plantelor. Progresele în biotehnologia plantelor ar putea rezolva viitoarele deficite 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 unor astfel de celule totipotente prin cultura de țesut vegetal este utilizată pe scară largă pentru protecția plantelor, creșterea, producerea de specii transgenice și în scopuri de cercetare științifică. În mod tradițional, cultura de țesut pentru regenerarea plantelor necesită utilizarea regulatorilor de creștere a plantelor (GGR), cum ar fi auxinele și citokininele, pentru a controla diferențierea celulelor. Cu toate acestea, condițiile hormonale optime pot varia semnificativ în funcție de specia de plante, condițiile de cultură și tipul de țesut. Prin urmare, crearea condițiilor optime de explorare poate fi o sarcină consumatoare de timp și de 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 Universitatea Nagoya, Școala Absolventă de Științe Bio-agricole și Mikiko Kojima, un tehnician expert de la RIKEN CSRS, au dezvoltat o metodă universală de control al plantelor prin reglementare. Exprimarea genelor de diferențiere a celulelor „reglate de dezvoltare” (DR) pentru a obține regenerarea plantelor. Publicat în volumul 15 din Frontiers in Plant Science pe 3 aprilie 2024, dr. Ikawa a oferit informații suplimentare despre activitatea lor de cercetare, declarând: „Sistemul nostru nu folosește PGR-uri externe, ci în schimb folosește gene ale factorului 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 culturii de țesut a tutunului, salatei verde și petuniei. 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 lăstarilor.
Experimentele lor au arătat că expresia Arabidopsis BBM sau WUS singură nu este suficientă pentru a induce diferențierea celulară în țesutul frunzei de tutun. În schimb, coexprimarea BBM îmbunătățită funcțional și 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 asemănătoare organelor verzi și muguri advențiali. Analiza cantitativă a reacției în lanț a polimerazei (qPCR), o metodă utilizată pentru cuantificarea transcrierilor genelor, a arătat că expresia Arabidopsis BBM și WUS s-a corelat cu formarea calilor și lăstarilor transgenici.
Având în vedere rolul crucial al fitohormonilor în diviziunea și diferențierea celulară, cercetătorii au cuantificat nivelurile a șase fitohormoni, și anume auxină, citochinină, acid abscisic (ABA), giberelina (GA), acid iasmonic (JA), acid salicilic (SA) și metaboliții săi în culturile de plante transgenice. Rezultatele lor au arătat că nivelurile de auxină activă, citochinină, ABA și GA inactiv cresc pe măsură ce celulele se diferențiază în organe, evidențiind rolurile lor în diferențierea celulelor vegetale și organogeneză.
În plus, cercetătorii au folosit transcriptoame de secvențiere a ARN, o metodă pentru analiza calitativă și cantitativă a expresiei genelor, pentru a evalua modelele de expresie a genelor în celulele transgenice care prezintă diferențiere activă. Rezultatele lor au arătat că genele legate de proliferarea celulară și auxina au fost îmbogățite în gene reglate diferențial. O examinare ulterioară folosind qPCR a arătat că celulele transgenice au crescut sau scăzut expresia a patru gene, inclusiv gene care reglează diferențierea celulelor vegetale, metabolismul, organogeneza și răspunsul la auxină.
În general, aceste rezultate relevă o abordare nouă și versatilă a regenerării plantelor care nu necesită aplicarea externă a PCR. În plus, sistemul utilizat în acest studiu ne poate îmbunătăți înțelegerea proceselor fundamentale de diferențiere a celulelor vegetale și poate îmbunătăți selecția biotehnologică a speciilor de plante utile.
Evidențiind potențialele aplicații ale muncii sale, dr. Ikawa a spus: „Sistemul raportat ar putea îmbunătăți ameliorarea plantelor, oferind un instrument pentru inducerea diferențierii celulare a celulelor transgenice de plante 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 Absolventă de Horticultură, Centrul pentru Științe Moleculare a Plantelor și Centrul pentru Agricultură Spațială și Cercetare Horticultură, Universitatea Chiba, Japonia. Interesele sale de cercetare includ reproducerea și dezvoltarea sexuală a plantelor și biotehnologia plantelor. Munca ei se concentrează pe înțelegerea mecanismelor moleculare ale reproducerii sexuale și diferențierii celulelor vegetale folosind diferite sisteme transgenice. Ea 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 a Fiziologilor de Plante 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 cercetarea a fost efectuată în absența oricăror relații comerciale sau financiare care ar putea fi interpretate ca un potențial conflict de interese.
Disclaimer: 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 sistemul EurekAlert.
Ora postării: 22-aug-2024