Изображение: Традиционните методи за регенерация на растенията изискват използването на регулатори на растежа на растенията, като хормони, които могат да бъдат специфични за вида и трудоемки. В ново проучване учените са разработили нова система за регенерация на растенията чрез регулиране на функцията и експресията на гени, участващи в дедиференциацията (клетъчна пролиферация) и редиференциацията (органогенеза) на растителните клетки. Вижте още
Традиционните методи за регенерация на растенията 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 регенерация 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 в продължение на много години. Освен това, растенията се използват за извличане на различни фармацевтични и терапевтични съединения. Въпреки това, злоупотребата им с тях и нарастващото търсене на храна подчертават необходимостта от нови методи за размножаване на растения. Напредъкът в растителните биотехнологии би могъл да реши бъдещия недостиг на храна чрез производството 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 единствена „тотипотентна“ клетка (клетка, която може да даде началото на множество клетъчни типове) чрез дедиференциация и редиференциация в клетки с различни структури и функции. Изкуственото кондициониране на такива тотипотентни клетки чрез растителна тъканна култура се използва широко за растителна защита, селекция, производство на трансгенни видове и за научноизследователски цели. Традиционно, тъканната култура за регенерация на растения изисква използването на регулатори на растежа на растенията (GGR), като ауксини и цитокинини, за контрол на клетъчната диференциация. Оптималните хормонални условия обаче могат да варират значително в зависимост от вида на растението, условията на култивиране и вида на тъканта. Следователно, създаването на оптимални условия за изследване може да бъде трудоемка и трудоемка задача.
За да преодолеят този проблем, доцент Томоко Икава, заедно с доцент Май Ф. Минамикава от университета Чиба, професор Хитоши Сакакибара от Висшето училище по био-аграрни науки към университета Нагоя и Микико Коджима, експерт-техник от RIKEN CSRS, разработиха универсален метод за контрол на растенията чрез регулация. Експресия на гени за „регулирана чрез развитие“ (DR) клетъчна диференциация за постигане на регенерация на растенията. Публикувано в том 15 на Frontiers in Plant Science на 3 април 2024 г., д-р Икава предостави допълнителна информация за своята изследователска работа, заявявайки: „Нашата система не използва външни PGR, а вместо това използва гени за транскрипционни фактори, за да контролира клетъчната диференциация. подобно на плурипотентните клетки, индуцирани при бозайници.“
Изследователите ектопично експресирали два DR гена, BABY BOOM (BBM) и WUSCHEL (WUS), от Arabidopsis thaliana (използвано като моделно растение) и изследвали 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 апикалния меристем на леторастите.
Техните експерименти показаха, че експресията на Arabidopsis BBM или WUS самостоятелно не е достатъчна, за да индуцира клетъчна диференциация в тъканта на тютюневия лист. 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 адвентивни пъпки. Количественият анализ с 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 калуси и издънки.
Като се има предвид ключовата роля на фитохормоните в клетъчното делене и диференциация, изследователите количествено определиха 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. Резултатите им показаха, че нивата на активен ауксин, цитокинин, ABA и неактивна GA се увеличават с диференциацията на клетките в органи, което подчертава тяхната роля в диференциацията на растителните клетки и органогенезата.
В допълнение, изследователите са използвали РНК секвениране на транскриптоми, метод за качествен и количествен анализ на генната експресия, за да оценят моделите на генна експресия в трансгенни клетки, проявяващи активна диференциация. Резултатите им показват, че гените, свързани с клетъчната пролиферация и ауксина, са обогатени с диференциално регулирани гени. По-нататъшно изследване с помощта на qPCR разкри, че трансгенните клетки имат повишена или намалена експресия на четири гена, включително гени, които регулират диференциацията на растителните клетки, метаболизма, органогенезата и ауксиновата реакция.
Като цяло, тези резултати разкриват нов и гъвкав подход към регенерацията на растенията, който не изисква външно приложение на PCR. Освен това, системата, използвана в това проучване, може да подобри разбирането ни за фундаменталните процеси на диференциация на растителните клетки и да подобри биотехнологичната селекция на полезни растителни видове.
Подчертавайки потенциалните приложения на своята работа, д-р Икава каза: „Докладваната система би могла да подобри селекцията на растения, като предостави инструмент за индуциране на клетъчна диференциация на трансгенни растителни клетки без необходимост от PCR. Следователно, преди трансгенните растения да бъдат приети като продукти, обществото ще ускори селекцията на растения и ще намали свързаните с нея производствени разходи.“
За доцент Томоко Игава Д-р Томоко Икава е асистент във Висшето училище по градинарство, Център за молекулярни науки за растенията и Център за космически изследвания в областта на земеделието и градинарството към Университета Чиба, Япония. Нейните изследователски интереси включват половото размножаване и развитие на растенията и растителните биотехнологии. Работата ѝ е фокусирана върху разбирането на молекулярните механизми на половото размножаване и диференциацията на растителните клетки, използвайки 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 селекция на растения, Японското дружество на растителните физиолози и Международното дружество за изучаване на половото 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 каквито и да било 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 прессъобщенията, публикувани в EurekAlert! Всяко използване на информация от организацията, предоставяща информацията, или чрез системата EurekAlert.
Време на публикуване: 22 август 2024 г.