Slika: Tradicionalne metode regeneracije biljaka zahtijevaju upotrebu regulatora rasta biljaka kao što su hormoni, koji mogu biti specifični za vrstu i zahtjevni za rad. U novoj studiji znanstvenici su razvili novi sustav regeneracije biljaka reguliranjem funkcije i ekspresije gena uključenih u dediferencijaciju (stanična proliferacija) i rediferencijaciju (organogeneza) biljnih stanica. Pogledaj više
Tradicionalne metode regeneracije biljaka zahtijevaju korištenjeregulatori rasta biljakakao nprhormons, što može biti specifično za vrstu i radno intenzivno. U novoj studiji znanstvenici su razvili novi sustav regeneracije biljaka reguliranjem funkcije i ekspresije gena uključenih u dediferencijaciju (stanična proliferacija) i rediferencijaciju (organogeneza) biljnih stanica.
Biljke su dugi niz godina glavni izvor hrane za životinje i ljude. Osim toga, biljke se koriste za ekstrakciju raznih farmaceutskih i terapeutskih spojeva. Međutim, njihova zlouporaba i rastuća potražnja za hranom naglašavaju potrebu za novim metodama uzgoja biljaka. Napredak u biljnoj biotehnologiji mogao bi riješiti buduće nestašice hrane proizvodnjom genetski modificiranih (GM) biljaka koje su produktivnije i otpornije na klimatske promjene.
Prirodno, biljke mogu regenerirati potpuno nove biljke iz jedne "totipotentne" stanice (stanice iz koje mogu nastati više vrsta stanica) dediferencijacijom i ponovnom diferencijacijom u stanice s različitim strukturama i funkcijama. Umjetno kondicioniranje takvih totipotentnih stanica putem kulture biljnog tkiva naširoko se koristi za zaštitu bilja, oplemenjivanje, proizvodnju transgenih vrsta iu znanstveno-istraživačke svrhe. Tradicionalno, kultura tkiva za regeneraciju biljaka zahtijeva upotrebu regulatora rasta biljaka (GGR), kao što su auksini i citokinini, za kontrolu diferencijacije stanica. Međutim, optimalni hormonalni uvjeti mogu značajno varirati ovisno o biljnoj vrsti, uvjetima kulture i vrsti tkiva. Stoga stvaranje optimalnih uvjeta za istraživanje može biti dugotrajan i radno intenzivan zadatak.
Kako bi prevladala ovaj problem, izvanredna profesorica Tomoko Ikawa, zajedno s izvanrednom profesoricom Mai F. Minamikawa sa Sveučilišta Chiba, profesorom Hitoshi Sakakibarom sa Fakulteta biopoljoprivrednih znanosti Sveučilišta Nagoya i Mikiko Kojima, stručnim tehničarom iz RIKEN CSRS, razvili su univerzalnu metodu za kontrolu biljaka putem regulacije. Ekspresija "razvojno reguliranih" (DR) gena za diferencijaciju stanica za postizanje regeneracije biljaka. Objavljeno u svesku 15 Frontiers in Plant Science 3. travnja 2024., dr. Ikawa pružio je dodatne informacije o njihovom istraživačkom radu, rekavši: "Naš sustav ne koristi vanjske PGR-ove, već umjesto toga koristi gene faktora transkripcije za kontrolu diferencijacije stanica. slično pluripotentnim stanicama induciranim u sisavaca."
Istraživači su ektopično eksprimirali dva DR gena, BABY BOOM (BBM) i WUSCHEL (WUS), iz Arabidopsis thaliana (korištene kao model biljke) i ispitali njihov učinak na diferencijaciju kultura tkiva duhana, salate i petunije. BBM kodira transkripcijski faktor koji regulira embrionalni razvoj, dok WUS kodira transkripcijski faktor koji održava identitet matične stanice u području apikalnog meristema izdanka.
Njihovi pokusi pokazali su da sama ekspresija Arabidopsis BBM ili WUS nije dovoljna za induciranje stanične diferencijacije u tkivu lista duhana. Nasuprot tome, koekspresija funkcionalno poboljšanog BBM-a i funkcionalno modificiranog WUS-a inducira fenotip ubrzane autonomne diferencijacije. Bez upotrebe PCR-a, transgene stanice lista diferencirale su se u kalus (neorganizirana stanična masa), zelene strukture nalik organima i adventivne pupoljke. Analiza kvantitativne lančane reakcije polimeraze (qPCR), metode koja se koristi za kvantificiranje transkripata gena, pokazala je da ekspresija Arabidopsis BBM i WUS korelira s stvaranjem transgenih kalusa i izdanaka.
Uzimajući u obzir ključnu ulogu fitohormona u diobi i diferencijaciji stanica, istraživači su kvantificirali razine šest fitohormona, naime auksina, citokinina, apscizinske kiseline (ABA), giberelina (GA), jasmonske kiseline (JA), salicilne kiseline (SA) i njezinih metabolita u transgenim biljnim usjevima. Njihovi rezultati pokazali su da se razine aktivnog auksina, citokinina, ABA i neaktivnog GA povećavaju kako se stanice diferenciraju u organe, naglašavajući njihovu ulogu u diferencijaciji biljnih stanica i organogenezi.
Osim toga, istraživači su koristili RNA sekvenciranje transkriptoma, metodu za kvalitativnu i kvantitativnu analizu ekspresije gena, kako bi procijenili obrasce ekspresije gena u transgenim stanicama koje pokazuju aktivnu diferencijaciju. Njihovi rezultati pokazali su da su geni povezani sa staničnom proliferacijom i auksinom obogaćeni različito reguliranim genima. Daljnje ispitivanje pomoću qPCR-a otkrilo je da su transgene stanice imale povećanu ili smanjenu ekspresiju četiri gena, uključujući gene koji reguliraju diferencijaciju biljnih stanica, metabolizam, organogenezu i auksinski odgovor.
Sve u svemu, ovi rezultati otkrivaju novi i svestrani pristup regeneraciji biljaka koji ne zahtijeva vanjsku primjenu PCR-a. Osim toga, sustav korišten u ovoj studiji može poboljšati naše razumijevanje temeljnih procesa diferencijacije biljnih stanica i poboljšati biotehnološku selekciju korisnih biljnih vrsta.
Naglašavajući potencijalne primjene svog rada, dr. Ikawa je rekao: "Prijavljeni sustav mogao bi poboljšati uzgoj biljaka pružanjem alata za induciranje stanične diferencijacije transgenih biljnih stanica bez potrebe za PCR-om. Stoga, prije nego što se transgene biljke prihvate kao proizvodi, društvo će ubrzati uzgoj biljaka i smanjiti povezane troškove proizvodnje."
O izvanrednoj profesorici Tomoko Igawa Dr. Tomoko Ikawa docentica je na Fakultetu hortikulture, Centru za molekularne biljne znanosti i Centru za istraživanje svemirske poljoprivrede i hortikulture, Sveučilište Chiba, Japan. Njezini znanstveni interesi uključuju spolno razmnožavanje i razvoj biljaka te biljnu biotehnologiju. Njezin rad usmjeren je na razumijevanje molekularnih mehanizama spolne reprodukcije i diferencijacije biljnih stanica korištenjem različitih transgenih sustava. Ima nekoliko publikacija u tim područjima i članica je Japanskog društva za biljnu biotehnologiju, Japanskog botaničkog društva, Japanskog društva za uzgoj biljaka, Japanskog društva fiziologa biljaka i Međunarodnog društva za proučavanje spolnog razmnožavanja biljaka.
Autonomna diferencijacija transgenih stanica bez vanjske uporabe hormona: ekspresija endogenih gena i ponašanje fitohormona
Autori izjavljuju da je istraživanje provedeno u nedostatku bilo kakvih komercijalnih ili financijskih odnosa koji bi se mogli protumačiti kao potencijalni sukob interesa.
Odricanje od odgovornosti: AAAS i EurekAlert nisu odgovorni za točnost priopćenja objavljenih na EurekAlert! Svako korištenje informacija od strane organizacije koja pruža informacije ili putem sustava EurekAlert.
Vrijeme objave: 22. kolovoza 2024