Εικόνα: Οι παραδοσιακές μέθοδοι αναγέννησης φυτών απαιτούν τη χρήση ρυθμιστών ανάπτυξης φυτών, όπως ορμόνες, οι οποίες μπορεί να είναι ειδικές για το είδος και να απαιτούν εργασία. Σε μια νέα μελέτη, οι επιστήμονες ανέπτυξαν ένα νέο σύστημα αναγέννησης φυτών ρυθμίζοντας τη λειτουργία και την έκφραση των γονιδίων που εμπλέκονται στην αποδιαφοροποίηση (πολλαπλασιασμός κυττάρων) και στην επαναδιαφοροποίηση (οργανογένεση) των φυτικών κυττάρων. Δείτε περισσότερα
Οι παραδοσιακές μέθοδοι αναγέννησης φυτών απαιτούν τη χρήσηρυθμιστές ανάπτυξης φυτώνόπωςορμόνηs, το οποίο μπορεί να είναι συγκεκριμένο είδος και έντασης εργασίας. Σε μια νέα μελέτη, οι επιστήμονες ανέπτυξαν ένα νέο σύστημα αναγέννησης φυτών ρυθμίζοντας τη λειτουργία και την έκφραση των γονιδίων που εμπλέκονται στην αποδιαφοροποίηση (πολλαπλασιασμός κυττάρων) και στην επαναδιαφοροποίηση (οργανογένεση) των φυτικών κυττάρων.
Τα φυτά είναι η κύρια πηγή τροφής για τα ζώα και τον άνθρωπο εδώ και πολλά χρόνια. Επιπλέον, τα φυτά χρησιμοποιούνται για την εκχύλιση διαφόρων φαρμακευτικών και θεραπευτικών ενώσεων. Ωστόσο, η κακή χρήση τους και η αυξανόμενη ζήτηση για τρόφιμα υπογραμμίζουν την ανάγκη για νέες μεθόδους αναπαραγωγής φυτών. Η πρόοδος στη βιοτεχνολογία των φυτών θα μπορούσε να λύσει μελλοντικές ελλείψεις τροφίμων με την παραγωγή γενετικά τροποποιημένων (ΓΤ) φυτών που είναι πιο παραγωγικά και ανθεκτικά στην κλιματική αλλαγή.
Φυσικά, τα φυτά μπορούν να αναγεννήσουν εντελώς νέα φυτά από ένα μόνο «παντοδύναμο» κύτταρο (ένα κύτταρο που μπορεί να δημιουργήσει πολλαπλούς τύπους κυττάρων) με αποδιαφοροποίηση και επαναδιαφοροποίηση σε κύτταρα με διαφορετικές δομές και λειτουργίες. Η τεχνητή προετοιμασία τέτοιων παντοδύναμων κυττάρων μέσω καλλιέργειας φυτικών ιστών χρησιμοποιείται ευρέως για την προστασία των φυτών, την αναπαραγωγή, την παραγωγή διαγονιδιακών ειδών και για σκοπούς επιστημονικής έρευνας. Παραδοσιακά, η καλλιέργεια ιστών για την αναγέννηση των φυτών απαιτεί τη χρήση ρυθμιστών ανάπτυξης φυτών (GGRs), όπως αυξίνες και κυτοκινίνες, για τον έλεγχο της διαφοροποίησης των κυττάρων. Ωστόσο, οι βέλτιστες ορμονικές συνθήκες μπορεί να διαφέρουν σημαντικά ανάλογα με το είδος του φυτού, τις συνθήκες καλλιέργειας και τον τύπο ιστού. Επομένως, η δημιουργία βέλτιστων συνθηκών εξερεύνησης μπορεί να είναι μια χρονοβόρα και εντατική εργασία.
Για να ξεπεραστεί αυτό το πρόβλημα, ο αναπληρωτής καθηγητής Tomoko Ikawa, μαζί με τον αναπληρωτή καθηγητή Mai F. Minamikawa από το Πανεπιστήμιο Chiba, τον καθηγητή Hitoshi Sakakibara από το Graduate School of Bio-Agricultural Sciences του Πανεπιστημίου Nagoya και τον Mikiko Kojima, ειδικό τεχνικό από το RIKEN CSRS, ανέπτυξαν μια καθολική μέθοδο ρύθμισης φυτών. Έκφραση «αναπτυξιακά ρυθμιζόμενων» (DR) γονιδίων διαφοροποίησης κυττάρων για την επίτευξη της αναγέννησης των φυτών. Δημοσιεύτηκε στον τόμο 15 του Frontiers in Plant Science στις 3 Απριλίου 2024, ο Δρ. Ikawa παρείχε περαιτέρω πληροφορίες για το ερευνητικό του έργο, δηλώνοντας: «Το σύστημά μας δεν χρησιμοποιεί εξωτερικά PGRs, αλλά χρησιμοποιεί γονίδια μεταγραφικού παράγοντα για τον έλεγχο της κυτταρικής διαφοροποίησης. παρόμοια με πολυδύναμα κύτταρα που προκαλούνται στα θηλαστικά».
Οι ερευνητές εξέφρασαν εκτοπικά δύο γονίδια DR, το BABY BOOM (BBM) και το WUSCHEL (WUS), από το Arabidopsis thaliana (χρησιμοποιείται ως πρότυπο φυτό) και εξέτασαν την επίδρασή τους στη διαφοροποίηση της καλλιέργειας ιστών καπνού, μαρουλιού και πετούνιας. Το BBM κωδικοποιεί έναν μεταγραφικό παράγοντα που ρυθμίζει την εμβρυϊκή ανάπτυξη, ενώ το WUS κωδικοποιεί έναν μεταγραφικό παράγοντα που διατηρεί την ταυτότητα των βλαστοκυττάρων στην περιοχή του κορυφαίου μεριστώματος του βλαστού.
Τα πειράματά τους έδειξαν ότι η έκφραση του Arabidopsis BBM ή του WUS από μόνη της δεν επαρκεί για να προκαλέσει διαφοροποίηση των κυττάρων στον ιστό των φύλλων του καπνού. Αντίθετα, η συνέκφραση του λειτουργικά ενισχυμένου BBM και του λειτουργικά τροποποιημένου WUS προκαλεί έναν επιταχυνόμενο φαινότυπο αυτόνομης διαφοροποίησης. Χωρίς τη χρήση PCR, τα διαγονιδιακά κύτταρα των φύλλων διαφοροποιήθηκαν σε κάλους (αποδιοργανωμένη κυτταρική μάζα), πράσινες δομές που μοιάζουν με όργανα και τυχαίους οφθαλμούς. Η ανάλυση ποσοτικής αλυσιδωτής αντίδρασης πολυμεράσης (qPCR), μια μέθοδος που χρησιμοποιείται για τον ποσοτικό προσδιορισμό των μεταγραφών γονιδίων, έδειξε ότι η έκφραση του Arabidopsis BBM και WUS συσχετίζεται με το σχηματισμό διαγονιδιακών κάλων και βλαστών.
Λαμβάνοντας υπόψη τον κρίσιμο ρόλο των φυτοορμονών στη διαίρεση και τη διαφοροποίηση των κυττάρων, οι ερευνητές ποσοτικοποίησαν τα επίπεδα έξι φυτοορμονών, συγκεκριμένα της αυξίνης, της κυτοκινίνης, του αψικισικού οξέος (ABA), της γιβερελλίνης (GA), του γιασμαμονικού οξέος (JA), του σαλικυλικού οξέος (SA) και των φυτικών μεταβολιτών του στο transgencropsgen. Τα αποτελέσματά τους έδειξαν ότι τα επίπεδα ενεργού αυξίνης, κυτοκινίνης, ABA και αδρανούς GA αυξάνονται καθώς τα κύτταρα διαφοροποιούνται σε όργανα, υπογραμμίζοντας τον ρόλο τους στη διαφοροποίηση των φυτικών κυττάρων και στην οργανογένεση.
Επιπλέον, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μεταγραφώματα αλληλουχίας RNA, μια μέθοδο για ποιοτική και ποσοτική ανάλυση της γονιδιακής έκφρασης, για να αξιολογήσουν τα πρότυπα γονιδιακής έκφρασης σε διαγονιδιακά κύτταρα που παρουσιάζουν ενεργή διαφοροποίηση. Τα αποτελέσματά τους έδειξαν ότι τα γονίδια που σχετίζονται με τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων και την αυξίνη εμπλουτίστηκαν σε διαφορικά ρυθμιζόμενα γονίδια. Περαιτέρω εξέταση με χρήση qPCR αποκάλυψε ότι τα διαγονιδιακά κύτταρα είχαν αυξημένη ή μειωμένη έκφραση τεσσάρων γονιδίων, συμπεριλαμβανομένων γονιδίων που ρυθμίζουν τη διαφοροποίηση των φυτικών κυττάρων, το μεταβολισμό, την οργανογένεση και την απόκριση αυξίνης.
Συνολικά, αυτά τα αποτελέσματα αποκαλύπτουν μια νέα και ευέλικτη προσέγγιση για την αναγέννηση των φυτών που δεν απαιτεί εξωτερική εφαρμογή PCR. Επιπλέον, το σύστημα που χρησιμοποιείται σε αυτή τη μελέτη μπορεί να βελτιώσει την κατανόησή μας για τις θεμελιώδεις διαδικασίες της διαφοροποίησης των φυτικών κυττάρων και να βελτιώσει τη βιοτεχνολογική επιλογή χρήσιμων φυτικών ειδών.
Υπογραμμίζοντας τις πιθανές εφαρμογές της δουλειάς του, ο Δρ. Ikawa είπε: "Το αναφερόμενο σύστημα θα μπορούσε να βελτιώσει την αναπαραγωγή φυτών παρέχοντας ένα εργαλείο για την πρόκληση κυτταρικής διαφοροποίησης διαγονιδιακών φυτικών κυττάρων χωρίς την ανάγκη PCR. Επομένως, πριν τα διαγονιδιακά φυτά γίνουν αποδεκτά ως προϊόντα, η κοινωνία θα επιταχύνει την αναπαραγωγή φυτών και θα μειώσει το σχετικό κόστος παραγωγής."
Σχετικά με τον Αναπληρωτή Καθηγητή Tomoko Igawa Ο Δρ. Tomoko Ikawa είναι επίκουρος καθηγητής στο Graduate School of Horticulture, στο Κέντρο Επιστημών Μοριακών Φυτών και στο Κέντρο Διαστημικής Γεωργίας και Ερευνών Φυτοκομίας, στο Πανεπιστήμιο Chiba, Ιαπωνία. Τα ερευνητικά της ενδιαφέροντα περιλαμβάνουν τη σεξουαλική αναπαραγωγή και ανάπτυξη φυτών και τη βιοτεχνολογία φυτών. Το έργο της επικεντρώνεται στην κατανόηση των μοριακών μηχανισμών της σεξουαλικής αναπαραγωγής και της διαφοροποίησης των φυτικών κυττάρων χρησιμοποιώντας διάφορα διαγονιδιακά συστήματα. Έχει αρκετές δημοσιεύσεις σε αυτούς τους τομείς και είναι μέλος της Japan Society of Plant Biotechnology, της Botanical Society of Japan, της Japanese Plant Breeding Society, της Japanese Society of Plant Physiologists και της International Society for the Study of Plant Sexual Reproduction.
Αυτόνομη διαφοροποίηση διαγονιδιακών κυττάρων χωρίς εξωτερική χρήση ορμονών: έκφραση ενδογενών γονιδίων και συμπεριφορά φυτοορμονών
Οι συγγραφείς δηλώνουν ότι η έρευνα διεξήχθη απουσία εμπορικών ή οικονομικών σχέσεων που θα μπορούσαν να ερμηνευθούν ως πιθανή σύγκρουση συμφερόντων.
Αποποίηση ευθύνης: Η AAAS και το EurekAlert δεν ευθύνονται για την ακρίβεια των δελτίων τύπου που δημοσιεύονται στο EurekAlert! Οποιαδήποτε χρήση πληροφοριών από τον οργανισμό που παρέχει τις πληροφορίες ή μέσω του συστήματος EurekAlert.
Ώρα ανάρτησης: 22 Αυγούστου 2024