Зображення: Традиційні методи регенерації рослин вимагають використання регуляторів росту рослин, таких як гормони, які можуть бути специфічними для виду та трудомісткими. У новому дослідженні вчені розробили нову систему регенерації рослин, регулюючи функцію та експресію генів, які беруть участь у дедиференціації (проліферації клітин) та повторній диференціації (органогенезі) рослинних клітин. Переглянути більше
Традиційні методи регенерації рослин вимагають використаннярегулятори росту рослинтакі якгормонs, які можуть бути специфічними для виду та трудомісткими. У новому дослідженні вчені розробили нову систему регенерації рослин, регулюючи функцію та експресію генів, які беруть участь у дедиференціації (проліферації клітин) та повторній диференціації (органогенезі) рослинних клітин.
Протягом багатьох років рослини були основним джерелом їжі для тварин і людини. Крім того, рослини використовуються для отримання різних фармацевтичних і терапевтичних сполук. Однак їх неправильне використання та зростаючий попит на їжу підкреслюють необхідність нових методів розведення рослин. Досягнення рослинної біотехнології можуть вирішити майбутню нестачу їжі шляхом виробництва генетично модифікованих (ГМ) рослин, які є більш продуктивними та стійкими до зміни клімату.
Природно, рослини можуть регенерувати абсолютно нові рослини з однієї «тотипотентної» клітини (клітини, яка може породжувати кілька типів клітин) шляхом дедиференціації та повторної диференціації в клітини з різними структурами та функціями. Штучне кондиціонування таких тотипотентних клітин через культуру рослинної тканини широко використовується для захисту рослин, селекції, виробництва трансгенних видів і для науково-дослідних цілей. Традиційно культура тканин для регенерації рослин вимагає використання регуляторів росту рослин (GGR), таких як ауксини та цитокініни, для контролю диференціювання клітин. Однак оптимальні гормональні умови можуть значно відрізнятися залежно від виду рослини, умов культури та типу тканини. Тому створення оптимальних умов розвідки може бути трудомістким і трудомістким завданням.
Щоб подолати цю проблему, доцент Томоко Ікава разом із доцентом Май Ф. Мінамікава з Університету Чіба, професором Хітоші Сакакібара з Вищої школи біо-сільськогосподарських наук Університету Нагоя та Мікіко Кодзіма, техніком-експертом з RIKEN CSRS, розробили універсальний метод контролю рослин за допомогою регулювання. Експресія «регульованих розвитком» (DR) генів диференціювання клітин для досягнення регенерації рослин. Опублікований у томі 15 Frontiers in Plant Science 3 квітня 2024 року, доктор Ікава надав додаткову інформацію про їх дослідницьку роботу, заявивши: «Наша система не використовує зовнішні PGR, а натомість використовує гени транскрипційних факторів для контролю диференціювання клітин. подібно до плюрипотентних клітин, індукованих у ссавців».
Дослідники позаматково експресували два гени DR, BABY BOOM (BBM) і WUSCHEL (WUS), з Arabidopsis thaliana (використаного як модельної рослини) і досліджували їх вплив на диференціацію культур тканин тютюну, салату та петунії. BBM кодує фактор транскрипції, який регулює ембріональний розвиток, тоді як WUS кодує фактор транскрипції, який підтримує ідентичність стовбурової клітини в області апікальної меристеми пагона.
Їх експерименти показали, що лише експресії Arabidopsis BBM або WUS недостатньо для індукції диференціації клітин у тканині листя тютюну. Навпаки, спільна експресія функціонально посиленого BBM і функціонально модифікованого WUS індукує прискорений фенотип автономної диференціації. Без використання ПЛР трансгенні клітини листя диференціювалися в калюс (дезорганізовану клітинну масу), зелені органоподібні структури та додаткові бруньки. Кількісний аналіз полімеразної ланцюгової реакції (qPCR), метод, який використовується для кількісного визначення транскриптів генів, показав, що експресія Arabidopsis BBM і WUS корелює з утворенням трансгенних калюсів і пагонів.
Враховуючи вирішальну роль фітогормонів у поділі та диференціації клітин, дослідники кількісно визначили рівні шести фітогормонів, а саме ауксину, цитокініну, абсцизової кислоти (ABA), гібереліну (GA), жасмонової кислоти (JA), саліцилової кислоти (SA) та її метаболітів у трансгенних рослинних культурах. Їхні результати показали, що рівні активного ауксину, цитокініну, АБК і неактивного ГА збільшуються, коли клітини диференціюються в органи, підкреслюючи їх роль у диференціації рослинних клітин і органогенезі.
Крім того, дослідники використовували транскриптоми секвенування РНК, метод якісного та кількісного аналізу експресії генів, щоб оцінити моделі експресії генів у трансгенних клітинах, що демонструють активну диференціацію. Їх результати показали, що гени, пов'язані з проліферацією клітин і ауксином, були збагачені диференціально регульованими генами. Подальше дослідження з використанням КПЦР показало, що трансгенні клітини мають підвищену або знижену експресію чотирьох генів, включаючи гени, які регулюють диференціацію клітин рослин, метаболізм, органогенез і відповідь на ауксин.
Загалом, ці результати розкривають новий і універсальний підхід до регенерації рослин, який не вимагає зовнішнього застосування ПЛР. Крім того, система, використана в цьому дослідженні, може покращити наше розуміння фундаментальних процесів диференціації клітин рослин і покращити біотехнологічний відбір корисних видів рослин.
Висвітлюючи потенційні можливості застосування своєї роботи, доктор Ікава сказав: "Опублікована система може покращити селекцію рослин, забезпечивши інструмент для індукції клітинної диференціації клітин трансгенних рослин без необхідності ПЛР. Тому, перш ніж трансгенні рослини будуть прийняті як продукти, суспільство прискорить селекцію рослин і знизить пов’язані з цим витрати виробництва".
Про доцента Томоко Ігава Доктор Томоко Ікава є доцентом Вищої школи садівництва Центру молекулярних наук про рослини та Центру космічного землеробства та досліджень садівництва Університету Чіба, Японія. Її наукові інтереси включають статеве розмноження та розвиток рослин та біотехнологію рослин. Її робота зосереджена на розумінні молекулярних механізмів статевого розмноження та диференціювання клітин рослин за допомогою різних трансгенних систем. Вона має кілька публікацій у цих галузях і є членом Японського товариства біотехнології рослин, Ботанічного товариства Японії, Японського товариства селекції рослин, Японського товариства фізіологів рослин і Міжнародного товариства з вивчення статевого розмноження рослин.
Автономна диференціація трансгенних клітин без зовнішнього використання гормонів: експресія ендогенних генів і поведінка фітогормонів
Автори заявляють, що дослідження проводилося за відсутності будь-яких комерційних чи фінансових відносин, які можна було б витлумачити як потенційний конфлікт інтересів.
Відмова від відповідальності: AAAS і EurekAlert не несуть відповідальності за точність прес-релізів, опублікованих на EurekAlert! Будь-яке використання інформації організацією, що надає інформацію, або через систему EurekAlert.
Час публікації: 22 серпня 2024 р