Slika: Tradicionalne metode regeneracije biljaka zahtijevaju korištenje regulatora rasta biljaka kao što su hormoni, koji mogu biti specifični za vrstu i radno intenzivni. U novoj studiji, naučnici su razvili novi sistem regeneracije biljaka regulacijom funkcije i ekspresije gena uključenih u dediferencijaciju (proliferaciju ćelija) i rediferencijaciju (organogenezu) biljnih ćelija. Pogledaj više
Tradicionalne metode regeneracije biljaka zahtijevaju korištenjeregulatori rasta biljakakao štohormonas, koji mogu biti specifični za vrstu i radno intenzivni. U novoj studiji, naučnici su razvili novi sistem regeneracije biljaka regulacijom funkcije i ekspresije gena uključenih u dediferencijaciju (proliferaciju ćelija) i rediferencijaciju (organogenezu) biljnih ćelija.
Biljke su dugi niz godina glavni izvor hrane za životinje i ljude. Osim toga, biljke se koriste za ekstrakciju različitih farmaceutskih i terapeutskih spojeva. Međutim, njihova zloupotreba i rastuća potražnja za hranom naglašavaju potrebu za novim metodama uzgoja biljaka. Napredak u biljnoj biotehnologiji mogao bi riješiti buduću nestašicu 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 (ćelije koja može dovesti do više tipova stanica) dediferencijacijom i ponovnom diferencijacijom u stanice s različitim strukturama i funkcijama. Veštačko kondicioniranje takvih totipotentnih ćelija kroz kulturu biljnog tkiva ima široku primenu u zaštiti bilja, oplemenjivanju, proizvodnji transgenih vrsta i u naučno-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 hormonski uslovi mogu značajno varirati u zavisnosti od vrste biljaka, uslova kulture i tipa tkiva. Stoga stvaranje optimalnih uslova istraživanja može biti dugotrajan i radno intenzivan zadatak.
Da bi prevazišao ovaj problem, vanredni profesor Tomoko Ikawa, zajedno sa vanrednim profesorom Mai F. Minamikawa sa Univerziteta Chiba, profesorom Hitoshi Sakakibara sa Visoke škole bio-poljoprivrednih nauka Univerziteta Nagoya i Mikiko Kojima, stručnim tehničarem iz RIKEN CSRS, razvio je unini metod za kontrolu biljaka kroz regulaciju biljaka. Ekspresija "razvojno reguliranih" (DR) gena za diferencijaciju stanica za postizanje regeneracije biljaka. Objavljeno u 15. svesku Frontiers in Plant Science 3. aprila 2024., dr. Ikawa je pružio dodatne informacije o njihovom istraživačkom radu, navodeći: “Naš sistem ne koristi eksterne PGR-ove, već umjesto toga koristi gene faktora transkripcije za kontrolu diferencijacije ćelija. slično pluripotentnim ćelijama indukovanim kod sisara.”
Istraživači su ektopično eksprimirali dva DR gena, BABY BOOM (BBM) i WUSCHEL (WUS), iz Arabidopsis thaliana (koristi se kao model biljke) i ispitali njihov učinak na diferencijaciju kultura tkiva duhana, zelene salate i petunije. BBM kodira faktor transkripcije koji reguliše embrionalni razvoj, dok WUS kodira faktor transkripcije koji održava identitet matičnih ćelija u regionu apikalnog meristema izdanka.
Njihovi eksperimenti su pokazali da samo ekspresija Arabidopsis BBM ili WUS nije dovoljna da izazove diferencijaciju ćelija u tkivu lista duhana. Nasuprot tome, koekspresija funkcionalno poboljšanog BBM-a i funkcionalno modificiranog WUS-a inducira ubrzani fenotip autonomne diferencijacije. Bez upotrebe PCR-a, transgene ćelije lista su se diferencirale u kalus (neorganizovana ćelijska masa), zelene organolike strukture i adventivne pupoljke. Kvantitativna analiza lančane reakcije polimeraze (qPCR), metoda koja se koristi za kvantifikaciju genskih transkripata, pokazala je da ekspresija Arabidopsis BBM i WUS korelira sa formiranjem transgenih kalusa i izdanaka.
Uzimajući u obzir ključnu ulogu fitohormona u diobi i diferencijaciji ćelija, istraživači su kvantificirali nivoe šest fitohormona, odnosno auksina, citokinina, apscizinske kiseline (ABA), giberelina (GA), jasmonske kiseline (JA), salicilne kiseline (SA) i njenih metabolita biljaka u transgenim kulturama. Njihovi rezultati su pokazali da se nivoi aktivnog auksina, citokinina, ABA i neaktivnog GA povećavaju kako se ćelije diferenciraju u organe, naglašavajući njihovu ulogu u diferencijaciji biljnih ćelija i organogenezi.
Osim toga, istraživači su koristili transkriptome za sekvenciranje RNA, metodu za kvalitativnu i kvantitativnu analizu ekspresije gena, kako bi procijenili obrasce ekspresije gena u transgenim stanicama koje pokazuju aktivnu diferencijaciju. Njihovi rezultati su pokazali da su geni povezani sa proliferacijom ćelija i auksinom obogaćeni različito regulisanim genima. Daljnjim ispitivanjem pomoću qPCR otkriveno 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 svestran pristup regeneraciji biljaka koji ne zahtijeva vanjsku primjenu PCR-a. Osim toga, sistem korišten u ovoj studiji može poboljšati naše razumijevanje osnovnih procesa diferencijacije biljnih ćelija i poboljšati biotehnološku selekciju korisnih biljnih vrsta.
Ističući potencijalne primjene svog rada, dr. Ikawa je rekao: "Prijavljeni sistem bi mogao poboljšati oplemenjivanje biljaka pružanjem alata za izazivanje ćelijske diferencijacije transgenih biljnih stanica bez potrebe za PCR-om. Stoga, prije nego što transgene biljke budu prihvaćene kao proizvodi, društvo će ubrzati uzgoj biljaka i smanjiti povezane troškove proizvodnje."
O vanrednom profesoru Tomoko Igawa Dr. Tomoko Ikawa je docent na Visokoj školi za hortikulturu, Centru za molekularne nauke o biljkama i Centru za svemirsku poljoprivredu i istraživanje hortikulture, Univerzitet Chiba, Japan. Njeni istraživački interesi uključuju seksualnu reprodukciju i razvoj biljaka i biotehnologiju biljaka. Njen rad se fokusira na razumijevanje molekularnih mehanizama seksualne reprodukcije i diferencijacije biljnih stanica korištenjem različitih transgenih sistema. Ima nekoliko publikacija u ovim oblastima i članica je Japanskog društva za biljnu biotehnologiju, Botaničkog društva Japana, Japanskog društva za oplemenjivanje bilja, Japanskog društva biljnih fiziologa i Međunarodnog društva za proučavanje seksualne reprodukcije biljaka.
Autonomna diferencijacija transgenih ćelija bez eksterne upotrebe hormona: ekspresija endogenih gena i ponašanje fitohormona
Autori izjavljuju da je istraživanje sprovedeno u nedostatku bilo kakvih komercijalnih ili finansijskih odnosa koji bi se mogli protumačiti kao potencijalni sukob interesa.
Odricanje od odgovornosti: AAAS i EurekAlert nisu odgovorni za tačnost saopštenja za javnost objavljenih na EurekAlert! Svako korištenje informacija od strane organizacije koja pruža informacije ili putem EurekAlert sistema.
Vrijeme objave: 22.08.2024