Kép: A hagyományos növényregenerációs módszerek növényi növekedést szabályozó szerek, például hormonok alkalmazását igénylik, amelyek fajspecifikusak és munkaigényesek lehetnek. Egy új tanulmányban a tudósok új növényregenerációs rendszert fejlesztettek ki a növényi sejtek dedifferenciálódásában (sejtburjánzásában) és újradifferenciálódásában (organogenezisében) részt vevő gének működésének és expressziójának szabályozásával. További megtekintése
A növényregenerálás hagyományos módszerei megkövetelik anövényi növekedést szabályozó szerekmint plhormons, amely fajspecifikus és munkaigényes lehet. Egy új tanulmányban a tudósok új növényregenerációs rendszert fejlesztettek ki a növényi sejtek dedifferenciálódásában (sejtburjánzásában) és újradifferenciálódásában (organogenezisében) részt vevő gének működésének és expressziójának szabályozásával.
A növények évek óta az állatok és az emberek fő táplálékforrásai. Ezenkívül a növényeket különféle gyógyszerészeti és terápiás vegyületek kivonására használják. Helytelen felhasználásuk és az élelmiszerek iránti növekvő kereslet azonban rávilágít az új növénynemesítési módszerek szükségességére. A növényi biotechnológia fejlődése megoldhatja a jövőbeni élelmiszerhiányt olyan géntechnológiával módosított (GM) növények előállításával, amelyek termelékenyebbek és ellenállóbbak az éghajlatváltozással szemben.
Természetes, hogy a növények egyetlen „totipotens” sejtből (olyan sejtből, amely többféle sejttípust is létrehozhatnak) teljesen új növényeket tudnak regenerálni azáltal, hogy dedifferenciálódnak, és különböző szerkezetű és funkciójú sejtekké alakulnak át. Az ilyen totipotens sejtek növényi szövettenyészeten keresztül történő mesterséges kondicionálását széles körben alkalmazzák növényvédelemben, nemesítésben, transzgenikus fajok előállításában és tudományos kutatási célokra. Hagyományosan a növényi regenerációt szolgáló szövettenyészethez növényi növekedést szabályozó szerek (GGR), például auxinok és citokininek alkalmazására van szükség a sejtdifferenciálódás szabályozására. Az optimális hormonális feltételek azonban jelentősen változhatnak a növényfajtól, a tenyésztési körülményektől és a szövettípustól függően. Ezért az optimális feltárási feltételek megteremtése idő- és munkaigényes feladat lehet.
Ennek a problémának a megoldására Tomoko Ikawa docens, Mai F. Minamikawa docensrel a Chiba Egyetemről, Hitoshi Sakakibara professzorral a Nagoya Egyetem Bio-Agrártudományi Egyeteméről és Mikiko Kojima, a RIKEN CSRS szakértő technikusával egyetemes szabályozási módszert fejlesztett ki a növényszabályozáshoz. „Fejlődésileg szabályozott” (DR) sejtdifferenciációs gének expressziója a növényi regeneráció elérése érdekében. A Frontiers in Plant Science 15. kötetében 2024. április 3-án megjelent Dr. Ikawa további információkat közölt kutatómunkájukról, és kijelentette: „Rendszerünk nem használ külső PGR-eket, hanem transzkripciós faktor géneket használ a sejtdifferenciálódás szabályozására. Hasonlóan az emlősökben indukált pluripotens sejtekhez.”
A kutatók két DR-gént, a BABY BOOM-ot (BBM) és a WUSCHEL-t (WUS) ektopikusan expresszálták az Arabidopsis thaliana-ból (mintanövényként használták), és megvizsgálták ezek hatását a dohány, a saláta és a petúnia szövetkultúra-differenciálására. A BBM egy transzkripciós faktort kódol, amely szabályozza az embrionális fejlődést, míg a WUS olyan transzkripciós faktort kódol, amely fenntartja az őssejt azonosságot a hajtás csúcsi merisztéma régiójában.
Kísérleteik azt mutatták, hogy az Arabidopsis BBM vagy WUS expressziója önmagában nem elegendő a sejtdifferenciálódás indukálásához a dohánylevél szövetében. Ezzel szemben a funkcionálisan megnövelt BBM és a funkcionálisan módosított WUS együttes expressziója felgyorsult autonóm differenciálódási fenotípust indukál. PCR alkalmazása nélkül a transzgénikus levélsejtek kalluszra (rendellenes sejttömegre), zöld szervszerű struktúrákra és járulékos rügyekre differenciálódtak. A kvantitatív polimeráz láncreakció (qPCR) analízis, a géntranszkriptumok számszerűsítésére használt módszer azt mutatta, hogy az Arabidopsis BBM és a WUS expressziója korrelált a transzgenikus kalluszok és hajtások kialakulásával.
Figyelembe véve a fitohormonok döntő szerepét a sejtosztódásban és differenciálódásban, a kutatók hat fitohormon, nevezetesen az auxin, a citokinin, az abszcizinsav (ABA), a gibberellin (GA), a jázmonsav (JA), a szalicilsav (SA) és metabolitjainak szintjét határozták meg a transzgénikus növénykultúrákban. 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 organogenezisében.
Ezen túlmenően a kutatók RNS szekvenáló transzkriptomokat, a génexpresszió kvalitatív és kvantitatív elemzésére szolgáló módszert alkalmaztak, hogy értékeljék a génexpresszió mintázatait az aktív differenciálódást mutató transzgenikus sejtekben. Eredményeik azt mutatták, hogy a sejtproliferációval és az auxinnal kapcsolatos gének eltérően szabályozott génekben gazdagodtak. A qPCR-rel végzett további vizsgálat kimutatta, hogy a transzgenikus sejtek négy gén expresszióját növelték vagy csökkentették, beleértve a növényi sejtek differenciálódását, az anyagcserét, az organogenezist és az auxin választ szabályozó géneket.
Összességében ezek az eredmények a növényregeneráció új és sokoldalú megközelítését mutatják, amely nem igényel külső PCR alkalmazást. Ezenkívül a jelen tanulmányban használt rendszer javíthatja a növényi sejtdifferenciálódás alapvető folyamatainak megértését és javíthatja a hasznos növényfajok biotechnológiai szelekcióját.
Kiemelve munkája lehetséges alkalmazásait, Dr. Ikawa elmondta: "A bejelentett rendszer javíthatja a növénynemesítést azáltal, hogy eszközt biztosít a transzgenikus növényi sejtek sejtdifferenciálódásának indukálására, anélkül, hogy PCR-re lenne szükség. Ezért mielőtt a transzgénikus növényeket termékként elfogadnák, a társadalom felgyorsítja a növénynemesítést és csökkenti a kapcsolódó termelési költségeket."
Tomoko Igawa docensről Dr. Tomoko Ikawa a Japán, Chiba Egyetem Molekuláris Növénytudományi Központjának és Űrgazdasági és Kertészeti Kutatási Központjának a Kertészeti Graduate School of Graduate School of Molecular Plant Sciences és Center for Space Agriculture and Horticulture Research Center adjunktusa. Kutatási területe a növények ivaros szaporodása és fejlesztése, valamint a növényi biotechnológia. Munkájának középpontjában az ivaros szaporodás és a növényi sejtdifferenciálódás molekuláris mechanizmusainak megértése áll különféle transzgenikus rendszerek segítségével. Számos publikációja jelent meg ezeken a területeken, és tagja a Japán Növénybiotechnológiai Társaságnak, a Japán Botanikai Társaságnak, a Japán Növénynemesítési Társaságnak, a Japán Növényfiziológusok Társaságának és a Növények Ivaros Szaporodását Tanulmányozó Nemzetközi Társaságnak.
Transzgénikus sejtek autonóm differenciálódása hormonok külső felhasználása 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-en közzétett sajtóközlemények pontosságáért! Bármilyen információfelhasználás az információt szolgáltató szervezet által vagy az EurekAlert rendszeren keresztül.
Feladás időpontja: 2024. augusztus 22