Slika: Tradicionalne metode regeneracije biljaka zahtijevaju upotrebu regulatora rasta biljaka kao što su hormoni, koji mogu biti specifični za vrstu i zahtijevati mnogo rada. U novoj studiji, naučnici su razvili novi sistem regeneracije biljaka regulisanjem funkcije i ekspresije gena uključenih u dediferencijaciju (proliferaciju ćelija) i rediferencijaciju (organogenezu) biljnih ćelija. Pogledajte više
Tradicionalne metode regeneracije biljaka zahtijevaju upotreburegulatori rasta biljakakao štohormons, što može biti specifično za vrstu i zahtijevati mnogo rada. U novoj studiji, naučnici su razvili novi sistem regeneracije biljaka regulisanjem 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 raznih 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 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" ćelije (ćelije koja može dati više tipova ćelija) dediferencijacijom i rediferencijacijom u ćelije sa različitim strukturama i funkcijama. Vještačko kondicioniranje takvih totipotentnih ćelija putem kulture biljnog tkiva široko se koristi za zaštitu biljaka, oplemenjivanje, proizvodnju 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 ćelija. Međutim, optimalni hormonski uslovi mogu značajno varirati u zavisnosti od vrste biljke, uslova kulture i tipa tkiva. Stoga, stvaranje optimalnih uslova istraživanja može biti dugotrajan i radno intenzivan zadatak.
Da bi prevazišla ovaj problem, vanredna profesorica Tomoko Ikawa, zajedno sa vanrednom profesoricom Mai F. Minamikawom sa Univerziteta Chiba, profesorom Hitoshijem Sakakibarom sa Postdiplomskog studija bio-poljoprivrednih nauka Univerziteta Nagoya i Mikiko Kojimom, stručnom tehničarkom iz RIKEN CSRS, razvila je univerzalnu metodu za kontrolu biljaka putem regulacije. Ekspresija „razvojno regulisanih“ (DR) gena ćelijske diferencijacije za postizanje regeneracije biljaka. Objavljeno u 15. tomu časopisa Frontiers in Plant Science 3. aprila 2024. godine, dr. Ikawa je pružila dodatne informacije o svom istraživačkom radu, navodeći: „Naš sistem ne koristi eksterne PGR-ove, već gene transkripcijskih faktora za kontrolu ćelijske diferencijacije, slično pluripotentnim ćelijama induciranim kod sisara.“
Istraživači su ektopično eksprimirali dva DR gena, BABY BOOM (BBM) i WUSCHEL (WUS), iz Arabidopsis thaliana (korištene kao modelna biljka) i ispitali njihov uticaj na diferencijaciju kulture tkiva duhana, salate i petunije. BBM kodira transkripcijski faktor koji reguliše embrionalni razvoj, dok WUS kodira transkripcijski faktor koji održava identitet matičnih ćelija u regiji apikalnog meristema izdanka.
Njihovi eksperimenti su pokazali da ekspresija BBM-a ili WUS-a kod Arabidopsis sama po sebi nije dovoljna da indukuje diferencijaciju ćelija u tkivu lista duhana. Nasuprot tome, koekspresija funkcionalno poboljšanog BBM-a i funkcionalno modificiranog WUS-a indukuje ubrzani fenotip autonomne diferencijacije. Bez upotrebe PCR-a, transgene ćelije lista su se diferencirale u kalus (neorganizovana ćelijska masa), zelene strukture slične organima i adventivne pupoljke. Kvantitativna analiza lančane reakcije polimeraze (qPCR), metoda koja se koristi za kvantifikaciju genskih transkripata, pokazala je da je ekspresija BBM-a i WUS-a kod Arabidopsis korelirala sa formiranjem transgenih kalusa i izdanaka.
Uzimajući u obzir ključnu ulogu fitohormona u diobi i diferencijaciji ćelija, istraživači su kvantificirali nivoe šest fitohormona, i to auksina, citokinina, abscisinske kiseline (ABA), giberelina (GA), jasmonske kiseline (JA), salicilne kiseline (SA) i njenih metabolita u transgenim biljnim kulturama. Njihovi rezultati su pokazali da se nivoi aktivnog auksina, citokinina, ABA i neaktivne GA povećavaju kako se ćelije diferenciraju u organe, ističući njihovu ulogu u diferencijaciji biljnih ćelija i organogenezi.
Pored toga, istraživači su koristili transkriptome RNK sekvenciranja, metodu za kvalitativnu i kvantitativnu analizu ekspresije gena, kako bi procijenili obrasce ekspresije gena u transgenim ćelijama koje pokazuju aktivnu diferencijaciju. Njihovi rezultati su pokazali da su geni povezani sa proliferacijom ćelija i auksinom obogaćeni diferencijalno regulisanim genima. Daljnja ispitivanja korištenjem qPCR otkrila su da su transgene ćelije imale povećanu ili smanjenu ekspresiju četiri gena, uključujući gene koji regulišu diferencijaciju biljnih ćelija, metabolizam, organogenezu i odgovor na auksin.
Sveukupno, 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 fundamentalnih 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 indukciju ćelijske diferencijacije transgenih biljnih ćelija bez potrebe za PCR-om. Stoga, prije nego što transgene biljke budu prihvaćene kao proizvodi, društvo će ubrzati oplemenjivanje biljaka i smanjiti povezane troškove proizvodnje.“
O vanrednoj profesorici Tomoko Igawa Dr. Tomoko Ikawa je docentica na Postdiplomskom studiju hortikulture, Centru za molekularne biljne nauke i Centru za istraživanje svemirske poljoprivrede i hortikulture, Univerziteta Chiba, Japan. Njeni istraživački interesi uključuju seksualnu reprodukciju i razvoj biljaka i biljnu biotehnologiju. Njen rad se fokusira na razumijevanje molekularnih mehanizama seksualne reprodukcije i diferencijacije biljnih ćelija korištenjem različitih transgenih sistema. Ima nekoliko publikacija u ovim oblastima i članica je Japanskog društva za biljnu biotehnologiju, Japanskog botaničkog društva, Japanskog društva za oplemenjivanje biljaka, Japanskog društva biljnih fiziologa i Međunarodnog društva za proučavanje seksualne reprodukcije biljaka.
Autonomna diferencijacija transgenih ćelija bez vanjske upotrebe hormona: ekspresija endogenih gena i ponašanje fitohormona
Autori izjavljuju da je istraživanje provedeno u odsustvu bilo kakvih komercijalnih ili finansijskih odnosa koji bi se mogli protumačiti kao potencijalni sukob interesa.
Odricanje odgovornosti: AAAS i EurekAlert nisu odgovorni za tačnost saopštenja za javnost objavljenih na EurekAlertu! Bilo kakva upotreba informacija od strane organizacije koja pruža informacije ili putem EurekAlert sistema.
Vrijeme objave: 22. avg. 2024.