Bildo: Tradiciaj metodoj de plantregenerado postulas la uzon de plantkreskaj reguligiloj kiel hormonoj, kiuj povas esti speciospecifaj kaj laborintensaj. En nova studo, sciencistoj evoluigis novan plantregeneradan sistemon reguligante la funkcion kaj esprimon de genoj implikitaj en maldiferenciĝo (ĉelmultobliĝo) kaj rediferenciĝo (organogenezo) de plantĉeloj. Vidu pli
Tradiciaj metodoj de plantregenerado postulas la uzon deplantkreskaj reguligilojkiel ekzemplehormonos, kiuj povas esti speciospecifaj kaj laborintensaj. En nova studo, sciencistoj evoluigis novan sistemon por regenerado de plantoj reguligante la funkcion kaj esprimon de genoj implikitaj en maldiferenciĝo (ĉelmultobliĝo) kaj rediferenciĝo (organogenezo) de plantĉeloj.
Plantoj estis la ĉefa fonto de nutraĵo por bestoj kaj homoj dum multaj jaroj. Krome, la plantoj estas uzataj por ekstrakti diversajn farmaciajn kaj terapiajn komponaĵojn. Tamen, ilia misuzo kaj kreskanta postulo je nutraĵoj elstarigas la bezonon de novaj plantbredaj metodoj. Progresoj en plantteknologio povus solvi estontajn manĝaĵmankojn per produktado de genetike modifitaj (GM) plantoj, kiuj estas pli produktivaj kaj rezistemaj al klimata ŝanĝo.
Nature, plantoj povas regeneri tute novajn plantojn el ununura "totipotenca" ĉelo (ĉelo kiu povas naski plurajn ĉeltipojn) per maldiferenciĝo kaj rediferenciĝo en ĉelojn kun malsamaj strukturoj kaj funkcioj. Artefarita kondiĉigado de tiaj totipotencaj ĉeloj per planthistokultivado estas vaste uzata por plantprotekto, bredado, produktado de transgenaj specioj kaj por sciencaj esplorceloj. Tradicie, histokultivado por plantregenerado postulas la uzon de plantkreskoreguligiloj (GGR-oj), kiel aŭksinoj kaj citokininoj, por kontroli ĉeldiferenciĝon. Tamen, optimumaj hormonaj kondiĉoj povas varii signife depende de la plantspecio, kulturkondiĉoj kaj histotipo. Tial, krei optimumajn esplorajn kondiĉojn povas esti tempopostula kaj laborintensa tasko.
Por superi ĉi tiun problemon, Lektorino Tomoko Ikawa, kune kun Lektorino Mai F. Minamikawa de la Universitato de Chiba, Profesoro Hitoshi Sakakibara de la Gimnazio pri Bio-Agrikulturaj Sciencoj de la Universitato de Nagoja kaj Mikiko Kojima, sperta teknikisto de RIKEN CSRS, evoluigis universalan metodon por plantkontrolo per reguligo. Esprimo de "disvolviĝe reguligitaj" (DR) ĉeldiferencigaĵaj genoj por atingi plantregeneradon. Publikigita en Volumo 15 de Frontiers in Plant Science la 3-an de aprilo 2024, D-ro Ikawa provizis pliajn informojn pri ilia esplorlaboro, deklarante: "Nia sistemo ne uzas eksterajn PGR-ojn, sed anstataŭe uzas transkripcifaktorajn genojn por kontroli ĉeldiferencigon, simile al pluripotencaj ĉeloj induktitaj en mamuloj."
La esploristoj ektope esprimis du DR-genojn, BABY BOOM (BBM) kaj WUSCHEL (WUS), el Arabidopsis thaliana (uzata kiel modelplanto) kaj ekzamenis ilian efikon sur la diferenciĝo de histokultivaĵoj de tabako, laktuko kaj petunio. BBM ĉifras transkripcifaktoron, kiu reguligas embrian disvolviĝon, dum WUS ĉifras transkripcifaktoron, kiu konservas la identecon de stamĉeloj en la regiono de la apeksa meristemo de la ŝoso.
Iliaj eksperimentoj montris, ke esprimo de Arabidopsis BBM aŭ WUS sole ne sufiĉas por indukti ĉelan diferenciĝon en tabakfolia histo. Kontraste, koesprimo de funkcie plifortigita BBM kaj funkcie modifita WUS induktas akcelitan aŭtonoman diferenciĝan fenotipon. Sen la uzo de PCR, transgenaj foliaj ĉeloj diferenciĝis en kalon (malorganizitan ĉelmaso), verdajn organ-similajn strukturojn kaj hazardajn burĝonojn. Kvanta polimeraza ĉenreakcio (qPCR) analizo, metodo uzata por kvantigi genajn transskribaĵojn, montris, ke la esprimo de Arabidopsis BBM kaj WUS korelaciis kun la formado de transgenaj kaloj kaj ŝosoj.
Konsiderante la decidan rolon de fitohormonoj en ĉeldividiĝo kaj diferenciĝo, la esploristoj kvantigis la nivelojn de ses fitohormonoj, nome aŭksino, citokinino, abscisa acido (ABA), giberelino (GA), jasmona acido (JA), salicila acido (SA) kaj ĝiaj metabolitoj en transgenaj plantkultivaĵoj. Iliaj rezultoj montris, ke la niveloj de aktiva aŭksino, citokinino, ABA kaj neaktiva GA pliiĝas dum ĉeloj diferenciĝas al organoj, elstarigante iliajn rolojn en plantĉela diferenciĝo kaj organogenezo.
Krome, la esploristoj uzis RNA-sekvencajn transkriptomojn, metodon por kvalita kaj kvanta analizo de genekspresio, por taksi ŝablonojn de genekspresio en transgenaj ĉeloj montrantaj aktivan diferenciĝon. Iliaj rezultoj montris, ke genoj rilataj al ĉelmultobliĝo kaj aŭksino estis riĉigitaj per diference reguligitaj genoj. Plia ekzameno uzante qPCR rivelis, ke la transgenaj ĉeloj havis pliigitan aŭ malpliigitan esprimon de kvar genoj, inkluzive de genoj kiuj reguligas plantĉelan diferenciĝon, metabolon, organogenezon kaj aŭksinan respondon.
Entute, ĉi tiuj rezultoj malkaŝas novan kaj multflankan aliron al plantregenerado, kiu ne postulas eksteran aplikon de PCR. Krome, la sistemo uzata en ĉi tiu studo povus plibonigi nian komprenon pri la fundamentaj procezoj de plantĉela diferenciĝo kaj plibonigi bioteknologian selektadon de utilaj plantspecioj.
Elstarigante la eblajn aplikojn de sia laboro, D-ro Ikawa diris: “La raportita sistemo povus plibonigi plantbredadon per provizado de ilo por indukti ĉelan diferenciĝon de transgenaj plantĉeloj sen la bezono de PCR. Tial, antaŭ ol transgenaj plantoj estos akceptitaj kiel produktoj, la socio akcelos plantbredadon kaj reduktos rilatajn produktokostojn.”
Pri Lektorino Tomoko Igawa Doktorino Tomoko Ikawa estas docento ĉe la Gimnazio de Hortikulturo, Centro por Molekulaj Plantosciencoj, kaj Centro por Spaca Agrikulturo kaj Hortikultura Esploro, Universitato de Chiba, Japanio. Ŝiaj esplorinteresoj inkluzivas seksan reproduktadon kaj disvolviĝon de plantoj kaj plantbioteknologion. Ŝia laboro fokusiĝas al kompreno de la molekulaj mekanismoj de seksa reproduktado kaj plantĉela diferenciĝo uzante diversajn transgenajn sistemojn. Ŝi havas plurajn publikaĵojn en ĉi tiuj kampoj kaj estas membro de la Japana Societo de Plantbioteknologio, la Botanika Societo de Japanio, la Japana Plantbreda Societo, la Japana Societo de Plantfiziologoj, kaj la Internacia Societo por la Studado de Plantseksa Reproduktado.
Aŭtonoma diferenciĝo de transgenaj ĉeloj sen ekstera uzo de hormonoj: esprimo de endogenaj genoj kaj konduto de fitohormonoj
La aŭtoroj deklaras, ke la esplorado estis farita sen iuj ajn komercaj aŭ financaj rilatoj, kiuj povus esti interpretitaj kiel ebla konflikto de interesoj.
Malgarantio: AAAS kaj EurekAlert ne respondecas pri la ĝusteco de gazetaraj komunikoj publikigitaj ĉe EurekAlert! Ĉia uzo de informoj fare de la organizo provizanta la informojn aŭ per la sistemo EurekAlert.
Afiŝtempo: 22-a de aŭgusto 2024