Слика: Традиционалне методе регенерације биљака захтевају употребу регулатора раста биљака као што су хормони, који могу бити специфични за врсту и захтевати много рада. У новој студији, научници су развили нови систем регенерације биљака регулисањем функције и експресије гена укључених у дедиференцијацију (ћелијску пролиферацију) и редиференцијацију (органогенезу) биљних ћелија. Погледајте још
Традиционалне методе регенерације биљака захтевају употребурегулатори раста биљакакао што сухормонс, што може бити специфично за врсту и захтевати много рада. У новој студији, научници су развили нови систем регенерације биљака регулисањем функције и експресије гена укључених у дедиференцијацију (ћелијску пролиферацију) и редиференцијацију (органогенезу) биљних ћелија.
Биљке су годинама главни извор хране за животиње и људе. Поред тога, биљке се користе за екстракцију разних фармацеутских и терапеутских једињења. Међутим, њихова злоупотреба и растућа потражња за храном истичу потребу за новим методама оплемењивања биљака. Напредак у биљној биотехнологији могао би да реши будуће несташице хране производњом генетски модификованих (ГМ) биљака које су продуктивније и отпорније на климатске промене.
Природно, биљке могу регенерисати потпуно нове биљке из једне „тотипотентне“ ћелије (ћелије која може дати порекло више типова ћелија) дедиференцијацијом и редиференцијацијом у ћелије са различитим структурама и функцијама. Вештачко кондиционирање таквих тотипотентних ћелија путем културе биљног ткива се широко користи за заштиту биљака, оплемењивање, производњу трансгених врста и у научне истраживачке сврхе. Традиционално, култура ткива за регенерацију биљака захтева употребу регулатора раста биљака (ГРБ), као што су ауксини и цитокинини, за контролу ћелијске диференцијације. Међутим, оптимални хормонски услови могу значајно да варирају у зависности од врсте биљке, услова културе и типа ткива. Стога, стварање оптималних услова истраживања може бити дуготрајан и радно интензиван задатак.
Да би превазишла овај проблем, ванредна професорка Томоко Икава, заједно са ванредном професорком Маијем Ф. Минамикавом са Универзитета Чиба, професором Хитошијем Сакакибаром са постдипломских студија био-пољопривредних наука Универзитета у Нагоји и Микико Коџимом, стручњаком из RIKEN CSRS, развила је универзалну методу за контролу биљака путем регулације. Експресија „развојно регулисаних“ (DR) гена ћелијске диференцијације ради постизања регенерације биљака. Објављено у 15. тому часописа Frontiers in Plant Science 3. априла 2024. године, др Икава је пружила додатне информације о свом истраживачком раду, наводећи: „Наш систем не користи спољашње PGR-ове, већ уместо тога користи гене транскрипционих фактора за контролу ћелијске диференцијације, слично плурипотентним ћелијама индукованим код сисара.“
Истраживачи су ектопично експресовали два DR гена, BABY BOOM (BBM) и WUSCHEL (WUS), из Arabidopsis thaliana (коришћене као модел биљке) и испитали њихов утицај на диференцијацију ткивне културе дувана, зелене салате и петуније. BBM кодира транскрипциони фактор који регулише ембрионални развој, док WUS кодира транскрипциони фактор који одржава идентитет матичних ћелија у региону апикалног меристема изданка.
Њихови експерименти су показали да експресија Arabidopsis BBM или WUS сама по себи није довољна да индукује ћелијску диференцијацију у ткиву листа дувана. Насупрот томе, коекспресија функционално побољшаног BBM и функционално модификованог WUS индукује убрзани фенотип аутономне диференцијације. Без употребе PCR, трансгене ћелије листа су се диференцирале у калус (неорганизована ћелијска маса), зелене органоподобне структуре и адвентивне пупољке. Квантитативна анализа полимеразне ланчане реакције (qPCR), метода која се користи за квантификацију генских транскрипата, показала је да је експресија Arabidopsis BBM и WUS у корелацији са формирањем трансгених калуса и изданака.
Узимајући у обзир кључну улогу фитохормона у ћелијској деоби и диференцијацији, истраживачи су квантификовали нивое шест фитохормона, наиме ауксина, цитокинина, апсцисинске киселине (АБА), гиберелина (ГА), јасмонске киселине (ЈА), салицилне киселине (СА) и њених метаболита у трансгеним биљним усевима. Њихови резултати су показали да се нивои активног ауксина, цитокинина, АБА и неактивне ГА повећавају како се ћелије диференцирају у органе, истичући њихову улогу у диференцијацији биљних ћелија и органогенези.
Поред тога, истраживачи су користили транскриптоме РНК секвенцирања, методу за квалитативну и квантитативну анализу експресије гена, како би проценили обрасце експресије гена у трансгеним ћелијама које показују активну диференцијацију. Њихови резултати су показали да су гени повезани са ћелијском пролиферацијом и ауксином обогаћени диференцијално регулисаним генима. Даља испитивања коришћењем кПЦР-а открила су да трансгене ћелије имају повећану или смањену експресију четири гена, укључујући гене који регулишу диференцијацију биљних ћелија, метаболизам, органогенезу и одговор на ауксин.
Све у свему, ови резултати откривају нови и свестрани приступ регенерацији биљака који не захтева спољашњу примену ПЦР-а. Поред тога, систем коришћен у овој студији може побољшати наше разумевање фундаменталних процеса диференцијације биљних ћелија и унапредити биотехнолошку селекцију корисних биљних врста.
Истичући потенцијалне примене свог рада, др Икава је рекао: „Пријављени систем би могао да побољша оплемењивање биљака пружањем алата за индуковање ћелијске диференцијације трансгених биљних ћелија без потребе за ПЦР-ом. Стога, пре него што трансгене биљке буду прихваћене као производи, друштво ће убрзати оплемењивање биљака и смањити повезане трошкове производње.“
О ванредном професору Томоко Игави Др Томоко Икава је доцент на Постдипломским студијама хортикултуре, Центру за молекуларне науке о биљкама и Центру за истраживање свемирске пољопривреде и хортикултуре, Универзитета Чиба, Јапан. Њена истраживачка интересовања укључују полно размножавање и развој биљака и биљну биотехнологију. Њен рад је усмерен на разумевање молекуларних механизама полног размножавања и диференцијације биљних ћелија коришћењем различитих трансгених система. Има неколико публикација у овим областима и члан је Јапанског друштва за биљну биотехнологију, Ботаничког друштва Јапана, Јапанског друштва за оплемењивање биљака, Јапанског друштва за биљне физиологе и Међународног друштва за проучавање полног размножавања биљака.
Аутономна диференцијација трансгених ћелија без спољашње употребе хормона: експресија ендогених гена и понашање фитохормона
Аутори изјављују да је истраживање спроведено у одсуству било каквих комерцијалних или финансијских односа који би се могли тумачити као потенцијални сукоб интереса.
Одрицање од одговорности: AAAS и EurekAlert нису одговорни за тачност саопштења за штампу објављених на EurekAlert-у! Било каква употреба информација од стране организације која пружа информације или путем EurekAlert система.
Време објаве: 22. август 2024.