Изображение: Традиционните методи за регенериране на растения изискват използването на регулатори на растежа на растенията като хормони, които могат да бъдат специфични за видовете и трудоемки. В ново проучване учените са разработили нова система за регенериране на растения чрез регулиране на функцията и експресията на гени, участващи в дедиференциацията (клетъчна пролиферация) и редиференциацията (органогенеза) на растителните клетки. Вижте повече
Традиционните методи за регенериране на растения изискват използването нарегулатори на растежа на растениятакато напримерхормонs, които могат да бъдат специфични за вида и трудоемки. В ново проучване учените са разработили нова система за регенериране на растения чрез регулиране на функцията и експресията на гени, участващи в дедиференциацията (клетъчна пролиферация) и редиференциацията (органогенеза) на растителните клетки.
Растенията са основният източник на храна за животните и хората от много години. Освен това растенията се използват за извличане на различни фармацевтични и терапевтични съединения. Въпреки това, тяхната злоупотреба и нарастващото търсене на храна подчертават необходимостта от нови методи за отглеждане на растения. Напредъкът в растителната биотехнология може да реши бъдещия недостиг на храна чрез производство на генетично модифицирани (ГМ) растения, които са по-продуктивни и устойчиви на изменението на климата.
Естествено, растенията могат да регенерират изцяло нови растения от една „тотипотентна“ клетка (клетка, която може да породи множество типове клетки) чрез дедиференциране и повторно диференциране в клетки с различни структури и функции. Изкуственото кондициониране на такива тотипотентни клетки чрез растителна тъканна култура се използва широко за растителна защита, развъждане, производство на трансгенни видове и за научноизследователски цели. Традиционно тъканната култура за регенерация на растения изисква използването на регулатори на растежа на растенията (GGRs), като ауксини и цитокинини, за контролиране на клетъчната диференциация. Оптималните хормонални условия обаче могат да варират значително в зависимост от растителния вид, условията на културата и типа тъкан. Следователно създаването на оптимални условия за проучване може да бъде времеемка и трудоемка задача.
За да преодолее този проблем, доцент Томоко Икава, заедно с доцент Май Ф. Минамикава от университета Чиба, професор Хитоши Сакакибара от висшето училище по био-селскостопански науки на университета Нагоя и Микико Коджима, експерт техник от RIKEN CSRS, разработиха универсален метод за контрол на растенията чрез регулиране. Експресия на "регулирани в развитието" (DR) гени за клетъчна диференциация за постигане на регенерация на растенията. Публикуван в том 15 на Frontiers in Plant Science на 3 април 2024 г., д-р Икава предостави допълнителна информация за тяхната изследователска работа, заявявайки: „Нашата система не използва външни PGR, а вместо това използва гени на транскрипционни фактори за контрол на клетъчната диференциация. подобно на плурипотентните клетки, индуцирани при бозайници.“
Изследователите експресират ектопично два DR гена, BABY BOOM (BBM) и WUSCHEL (WUS), от Arabidopsis thaliana (използван като модел на растение) и изследват техния ефект върху диференциацията на тъканните култури на тютюн, маруля и петуния. BBM кодира транскрипционен фактор, който регулира ембрионалното развитие, докато WUS кодира транскрипционен фактор, който поддържа идентичността на стволовите клетки в областта на апикалната меристема на издънката.
Техните експерименти показват, че експресията на Arabidopsis BBM или WUS сама по себе си не е достатъчна, за да предизвика клетъчна диференциация в тъканта на тютюневите листа. За разлика от това, коекспресията на функционално подобрен BBM и функционално модифициран WUS индуцира ускорен фенотип на автономна диференциация. Без използването на PCR, трансгенните листни клетки се диференцират в калус (дезорганизирана клетъчна маса), зелени органоподобни структури и допълнителни пъпки. Анализът на количествената полимеразна верижна реакция (qPCR), метод, използван за количествено определяне на генни транскрипти, показа, че експресията на Arabidopsis BBM и WUS корелира с образуването на трансгенни кали и издънки.
Като се има предвид решаващата роля на фитохормоните в клетъчното делене и диференциация, изследователите количествено определят нивата на шест фитохормона, а именно ауксин, цитокинин, абсцизова киселина (ABA), гиберелин (GA), жасмонова киселина (JA), салицилова киселина (SA) и нейните метаболити в трансгенни растителни култури. Техните резултати показват, че нивата на активен ауксин, цитокинин, ABA и неактивен GA се увеличават, когато клетките се диференцират в органи, подчертавайки тяхната роля в диференциацията на растителните клетки и органогенезата.
В допълнение, изследователите са използвали транскриптоми за секвениране на РНК, метод за качествен и количествен анализ на генната експресия, за да оценят моделите на генна експресия в трансгенни клетки, показващи активна диференциация. Техните резултати показват, че гените, свързани с клетъчната пролиферация и ауксина, са обогатени с диференциално регулирани гени. Допълнително изследване с помощта на qPCR разкри, че трансгенните клетки са увеличили или намалили експресията на четири гена, включително гени, които регулират диференциацията на растителните клетки, метаболизма, органогенезата и ауксиновия отговор.
Като цяло, тези резултати разкриват нов и многостранен подход към регенерацията на растенията, който не изисква външно приложение на PCR. В допълнение, системата, използвана в това изследване, може да подобри разбирането ни за основните процеси на диференциация на растителни клетки и да подобри биотехнологичния подбор на полезни растителни видове.
Подчертавайки потенциалните приложения на своята работа, д-р Икава каза: "Докладваната система може да подобри развъждането на растения, като предостави инструмент за индуциране на клетъчна диференциация на трансгенни растителни клетки без необходимост от PCR. Ето защо, преди трансгенните растения да бъдат приети като продукти, обществото ще ускори развъждането на растения и ще намали свързаните производствени разходи. "
Относно доцента Томоко Игава Д-р Томоко Икава е асистент във Висшето училище по градинарство, Център за молекулярни растителни науки и Център за изследване на космическото земеделие и градинарство, Университет Чиба, Япония. Нейните научни интереси включват полово размножаване и развитие на растенията и растителни биотехнологии. Нейната работа се фокусира върху разбирането на молекулярните механизми на половото размножаване и диференциацията на растителните клетки с помощта на различни трансгенни системи. Тя има няколко публикации в тези области и е член на Японското дружество по растителна биотехнология, Ботаническото дружество на Япония, Японското дружество за развъждане на растения, Японското дружество на физиолозите на растенията и Международното дружество за изследване на сексуалното размножаване на растенията.
Автономна диференциация на трансгенни клетки без външна употреба на хормони: експресия на ендогенни гени и поведение на фитохормони
Авторите декларират, че изследването е проведено при липса на търговски или финансови взаимоотношения, които биха могли да се тълкуват като потенциален конфликт на интереси.
Отказ от отговорност: AAAS и EurekAlert не носят отговорност за точността на съобщенията за пресата, публикувани в EurekAlert! Всяко използване на информация от организацията, предоставяща информацията или чрез системата EurekAlert.
Време на публикуване: 22 август 2024 г