Kép: A növényregeneráció hagyományos módszerei növényi növekedésszabályozók, például hormonok használatát igénylik, amelyek fajspecifikusak és munkaigényesek lehetnek. Egy új tanulmányban a tudósok egy új növényregenerációs rendszert fejlesztettek ki a növényi sejtek dedifferenciálódásában (sejtszaporodás) és redifferenciálódásában (organogenezis) részt vevő gének működésének és expressziójának szabályozásával. További részletek
A növényregeneráció hagyományos módszerei megkövetelik a következők használatát:növényi növekedésszabályozókpéldáulhormon...ami fajspecifikus és munkaigényes lehet. Egy új tanulmányban a tudósok egy új növényregenerációs rendszert fejlesztettek ki a növényi sejtek dedifferenciálódásában (sejtszaporodás) és redifferenciálódásában (organogenezis) részt vevő gének működésének és expressziójának szabályozásával.
A növények évek óta az állatok és az emberek fő táplálékforrását jelentik. Ezenkívül a növényeket különféle gyógyszerészeti és terápiás vegyületek kinyerésére használják. Helytelen felhasználásuk és az élelmiszerek iránti növekvő kereslet azonban rávilágít az új növénynemesítési módszerek szükségességére. A növényi biotechnológia fejlődése megoldhatja a jövőbeli élelmiszerhiányt azáltal, hogy olyan genetikailag módosított (GM) növényeket állít elő, amelyek termelékenyebbek és ellenállóbbak az éghajlatváltozással szemben.
Természetesen a növények képesek teljesen új növényeket regenerálni egyetlen „totipotens” sejtből (olyan sejt, amely több sejttípust képes létrehozni) dedifferenciálódás és redifferenciálódás révén, különböző szerkezetű és funkciójú sejtekké. Az ilyen totipotens sejtek mesterséges kondicionálását növényi szövettenyészeten keresztül széles körben alkalmazzák növényvédelemre, nemesítésre, transzgénikus fajok előállítására és tudományos kutatási célokra. Hagyományosan a növények regenerálására szolgáló szövettenyészet növényi növekedésszabályozók (GGR-ek), például auxinok és citokininek használatát igényli a sejtek differenciálódásának szabályozására. Az optimális hormonális feltételek azonban jelentősen változhatnak a növényfajtól, a tenyésztési körülményektől és a szövettípustól függően. Ezért az optimális vizsgálati feltételek megteremtése időigényes és munkaigényes feladat lehet.
A probléma leküzdésére Tomoko Ikawa docens Mai F. Minamikawa docenssel a Csiba Egyetemről, Hitoshi Sakakibara professzorral a Nagojai Egyetem Bio-Mezőgazdasági Tudományok Doktori Iskolájából és Mikiko Kojima szakértővel, a RIKEN CSRS-től együttműködve kidolgoztak egy univerzális módszert a növények szabályozáson keresztüli szabályozására. A „fejlődésileg szabályozott” (DR) sejtdifferenciálódási gének expressziója a növényregeneráció eléréséhez. A Frontiers in Plant Science 15. kötetében, 2024. április 3-án megjelent cikkükben Dr. Ikawa további információkat nyújtott kutatómunkájukról, kijelentve: „Rendszerünk nem külső PGR-eket használ, hanem transzkripciós faktor géneket a sejtek differenciálódásának szabályozására, hasonlóan az emlősökben indukált pluripotens sejtekhez.”
A kutatók ektopikusan expresszáltak két DR gént, a BABY BOOM-ot (BBM) és a WUSCHEL-t (WUS) az Arabidopsis thaliana-ból (modellnövényként használt növényből), és megvizsgálták ezek hatását a dohány, a saláta és a petúnia szövetkultúra-differenciálódására. A BBM egy olyan transzkripciós faktort kódol, amely szabályozza az embrionális fejlődést, míg a WUS egy olyan transzkripciós faktort kódol, amely fenntartja az őssejtek azonosságát a hajtás apikális merisztémájának régiójában.
Kísérleteik kimutatták, hogy az Arabidopsis BBM vagy WUS önmagában történő expressziója nem elegendő a sejtek differenciálódásának kiváltásához a dohánylevél szövetében. Ezzel szemben a funkcionálisan fokozott BBM és a funkcionálisan módosított WUS együttes expressziója felgyorsult autonóm differenciálódási fenotípust indukál. PCR alkalmazása nélkül a transzgénikus levélsejtek kalluszsá (dezorganizált sejttömeggé), zöld szervszerű struktúrákká és járulékos rügyekké differenciálódtak. A kvantitatív polimeráz láncreakció (qPCR) analízis, egy a géntranszkriptumok számszerűsítésére használt módszer kimutatta, hogy az Arabidopsis BBM és WUS expressziója korrelált a transzgénikus kallusz és hajtások kialakulásával.
Figyelembe véve a fitohormonok kulcsfontosságú szerepét a sejtek osztódásában és differenciálódásában, a kutatók hat fitohormon, nevezetesen az auxin, a citokinin, az abszcizinsav (ABA), a gibberellin (GA), a jázmonsav (JA), a szalicilsav (SA) és metabolitjainak szintjét mérték meg transzgénikus növényi terményekben. Eredményeik azt mutatták, hogy az aktív auxin, a citokinin, az ABA és az inaktív GA szintje növekszik, ahogy a sejtek szervekké differenciálódnak, kiemelve szerepüket a növényi sejtek differenciálódásában és az organogenezisben.
Ezenkívül a kutatók RNS-szekvenáló transzkriptómákat használtak – a génexpresszió kvalitatív és kvantitatív elemzésére szolgáló módszert – az aktív differenciálódást mutató transzgénikus sejtek génexpressziós mintázatainak értékelésére. Eredményeik azt mutatták, hogy a sejtszaporodással és az auxinnal kapcsolatos gének differenciáltan szabályozott génekben gazdagodtak. A qPCR-rel végzett további vizsgálatok kimutatták, hogy a transzgénikus sejtekben négy gén expressziója fokozódott vagy csökkent, beleértve azokat a géneket is, amelyek a növényi sejtek differenciálódását, anyagcseréjét, organogenezisét és auxin választ szabályozzák.
Összességében ezek az eredmények egy új és sokoldalú megközelítést mutatnak a növényregenerációban, amely nem igényli a PCR külső alkalmazását. Ezenkívül a jelen tanulmányban használt rendszer javíthatja a növényi sejtek differenciálódásának alapvető folyamatainak megértését, és javíthatja a hasznos növényfajok biotechnológiai szelekcióját.
Dr. Ikawa munkája lehetséges alkalmazásait kiemelve elmondta: „A bemutatott rendszer javíthatja a növénynemesítést azáltal, hogy eszközt biztosít a transzgénikus növényi sejtek sejtdifferenciálódásának kiváltására PCR szükségessége nélkül. Ezért, mielőtt a transzgénikus növényeket termékként elfogadnák, a társadalom felgyorsítja a növénynemesítést és csökkenti a kapcsolódó termelési költségeket.”
Tomoko Igawa docensről Dr. Tomoko Ikawa adjunktus a Kertészeti Doktori Iskolában, a Molekuláris Növénytudományi Központban és az Űrmezőgazdasági és Kertészeti Kutatóközpontban, a Csibai Egyetemen, Japánban. Kutatási területei közé tartozik a növények szexuális szaporodása és fejlődése, valamint a növényi biotechnológia. Munkája a szexuális szaporodás és a növényi sejtek differenciálódásának molekuláris mechanizmusainak megértésére összpontosít különféle transzgénikus rendszerek alkalmazásával. Számos publikációja jelent meg ezeken a területeken, és tagja a Japán Növénybiotechnológiai Társaságnak, a Japán Botanikus Társaságnak, a Japán Növénynemesítési Társaságnak, a Japán Növényfiziológusok Társaságának és a Növények Szexuális Szaporodásának Tanulmányozásáért felelős Nemzetközi Társaságnak.
Transzgénikus sejtek autonóm differenciálódása hormonok külső alkalmazása nélkül: endogén gének expressziója és fitohormonok viselkedése
A szerzők kijelentik, hogy a kutatást olyan kereskedelmi vagy pénzügyi kapcsolatok hiányában végezték, amelyek potenciális összeférhetetlenségnek tekinthetők.
Jogi nyilatkozat: Az AAAS és az EurekAlert nem vállal felelősséget az EurekAlert oldalon közzétett sajtóközlemények pontosságáért! Az információkat az információt szolgáltató szervezet vagy az EurekAlert rendszeren keresztül felhasználja.
Közzététel ideje: 2024. augusztus 22.