Paveikslėlis: Tradiciniams augalų regeneracijos metodams reikia naudoti augalų augimo reguliatorius, tokius kaip hormonai, kurie gali būti specifiniai rūšiai ir reikalaujantys daug darbo. Naujame tyrime mokslininkai sukūrė naują augalų regeneracijos sistemą, reguliuodami genų, dalyvaujančių augalų ląstelių dediferenciacijoje (ląstelių proliferacijoje) ir rediferenciacijoje (organogenezėje), funkciją ir raišką. Žiūrėti daugiau
Tradiciniai augalų regeneracijos metodai reikalauja naudotiaugalų augimo reguliatoriaipavyzdžiuihormonass, kuris gali būti specifinis rūšiai ir reikalaujantis daug darbo. Naujame tyrime mokslininkai sukūrė naują augalų regeneracijos sistemą, reguliuodami genų, dalyvaujančių augalų ląstelių dediferenciacijoje (ląstelių proliferacijoje) ir rediferenciacijoje (organogenezėje), funkciją ir raišką.
Augalai daugelį metų buvo pagrindinis gyvūnų ir žmonių maisto šaltinis. Be to, augalai naudojami įvairiems farmacijos ir terapijos junginiams išgauti. Tačiau jų netinkamas naudojimas ir auganti maisto paklausa pabrėžia naujų augalų selekcijos metodų poreikį. Augalų biotechnologijų pažanga galėtų išspręsti būsimą maisto trūkumą, išauginant genetiškai modifikuotus (GM) augalus, kurie būtų produktyvesni ir atsparesni klimato kaitai.
Natūralu, kad augalai gali regeneruoti visiškai naujus augalus iš vienos „totipotentiškos“ ląstelės (ląstelės, kuri gali duoti pradžią keliems ląstelių tipams), dediferencijuodamiesi ir rediferencijuodamiesi į ląsteles su skirtingomis struktūromis ir funkcijomis. Dirbtinis tokių totipotentiškų ląstelių kondicionavimas augalų audinių kultūroje yra plačiai naudojamas augalų apsaugai, veisimui, transgeninių rūšių auginimui ir mokslinių tyrimų tikslais. Tradiciškai audinių kultūrai augalų regeneracijai reikia naudoti augalų augimo reguliatorius (GGR), tokius kaip auksinai ir citokininai, ląstelių diferenciacijai kontroliuoti. Tačiau optimalios hormoninės sąlygos gali labai skirtis priklausomai nuo augalo rūšies, kultivavimo sąlygų ir audinių tipo. Todėl optimalių tyrimo sąlygų sukūrimas gali būti daug laiko ir pastangų reikalaujanti užduotis.
Siekdama išspręsti šią problemą, docentė Tomoko Ikawa kartu su Čibos universiteto docente Mai F. Minamikawa, Nagojos universiteto Biožemės ūkio mokslų magistrantūros mokyklos profesoriumi Hitoshi Sakakibara ir RIKEN CSRS technike eksperte Mikiko Kojima sukūrė universalų augalų kontrolės metodą, taikant reguliavimą. „Vystymosi požiūriu reguliuojamų“ (DR) ląstelių diferenciacijos genų ekspresija siekiant augalų regeneracijos. 2024 m. balandžio 3 d. žurnalo „Frontiers in Plant Science“ 15 tome paskelbtame straipsnyje dr. Ikawa pateikė daugiau informacijos apie savo mokslinį darbą, teigdama: „Mūsų sistema nenaudoja išorinių PGR, o naudoja transkripcijos faktorių genus ląstelių diferenciacijai kontroliuoti, panašiai kaip žinduoliams sukeltos pluripotentinės ląstelės.“
Tyrėjai ektopiškai ekspresavo du DR genus – BABY BOOM (BBM) ir WUSCHEL (WUS) – iš Arabidopsis thaliana (naudoto kaip modelinio augalo) ir ištyrė jų poveikį tabako, salotų ir petunijų audinių kultūros diferenciacijai. BBM koduoja transkripcijos faktorių, kuris reguliuoja embriono vystymąsi, o WUS koduoja transkripcijos faktorių, kuris palaiko kamieninių ląstelių tapatumą ūglio viršūninės meristemos srityje.
Jų eksperimentai parodė, kad vien Arabidopsis BBM arba WUS ekspresijos nepakanka, kad tabako lapų audiniuose sukeltų ląstelių diferenciaciją. Priešingai, funkciškai sustiprintos BBM ir funkciškai modifikuotos WUS koekspresija sukelia pagreitėjusią autonominės diferenciacijos fenotipą. Nenaudojant PGR, transgeninės lapų ląstelės diferencijuojasi į kaliusus (neorganizuotą ląstelių masę), žalias organų tipo struktūras ir atsitiktinius pumpurus. Kiekybinė polimerazės grandininė reakcija (kPGR), metodas, naudojamas genų transkriptams kiekybiškai įvertinti, parodė, kad Arabidopsis BBM ir WUS ekspresija koreliuoja su transgeninių kalių ir ūglių formavimusi.
Atsižvelgdami į esminį fitohormonų vaidmenį ląstelių dalijime ir diferenciacijoje, tyrėjai kiekybiškai įvertino šešių fitohormonų, būtent auksino, citokinino, abscizinės rūgšties (ABA), giberelino (GA), jazmono rūgšties (JA), salicilo rūgšties (SA) ir jos metabolitų, kiekius transgeniniuose augaluose. Jų rezultatai parodė, kad aktyvaus auksino, citokinino, ABA ir neaktyvaus GA kiekis didėja, ląstelėms diferencijuojant į organus, o tai pabrėžia jų vaidmenį augalų ląstelių diferenciacijoje ir organogenezėje.
Be to, tyrėjai, naudodami RNR sekoskaitos transkriptomas – kokybinės ir kiekybinės genų raiškos analizės metodą, – įvertino genų raiškos modelius transgeninėse ląstelėse, pasižyminčiose aktyvia diferenciacija. Jų rezultatai parodė, kad su ląstelių proliferacija ir auksinu susiję genai buvo praturtinti skirtingai reguliuojamais genais. Tolesnis tyrimas naudojant kPGR parodė, kad transgeninėse ląstelėse padidėjo arba sumažėjo keturių genų raiška, įskaitant genus, reguliuojančius augalų ląstelių diferenciaciją, metabolizmą, organogenezę ir auksino atsaką.
Apskritai šie rezultatai atskleidžia naują ir universalų augalų regeneracijos metodą, kuriam nereikia išorinio PGR taikymo. Be to, šiame tyrime naudojama sistema gali pagerinti mūsų supratimą apie pagrindinius augalų ląstelių diferenciacijos procesus ir pagerinti biotechnologinę naudingų augalų rūšių atranką.
Pabrėždamas galimą savo darbo pritaikymą, dr. Ikawa sakė: „Pranešta sistema galėtų pagerinti augalų selekciją, suteikdama įrankį transgeninių augalų ląstelių diferenciacijai skatinti be PGR poreikio. Todėl prieš priimant transgeninius augalus kaip produktus, visuomenė paspartins augalų selekciją ir sumažins susijusias gamybos sąnaudas.“
Apie docentę Tomoko Igawą Dr. Tomoko Ikawa yra Sodininkystės magistrantūros mokyklos, Molekulinių augalų mokslų centro ir Kosminės žemdirbystės ir sodininkystės tyrimų centro Čibos universitete (Japonija). Jos mokslinių tyrimų sritys apima augalų lytinį dauginimąsi ir vystymąsi bei augalų biotechnologijas. Jos darbas sutelktas į lytinio dauginimosi ir augalų ląstelių diferenciacijos molekulinių mechanizmų supratimą naudojant įvairias transgenines sistemas. Ji yra paskelbusi keletą publikacijų šiose srityse ir yra Japonijos augalų biotechnologijų draugijos, Japonijos botanikos draugijos, Japonijos augalų selekcijos draugijos, Japonijos augalų fiziologų draugijos ir Tarptautinės augalų lytinio dauginimosi tyrimų draugijos narė.
Transgeninių ląstelių autonominė diferenciacija be išorinio hormonų naudojimo: endogeninių genų raiška ir fitohormonų elgesys
Autoriai pareiškia, kad tyrimas buvo atliktas nesant jokių komercinių ar finansinių santykių, kurie galėtų būti interpretuojami kaip potencialus interesų konfliktas.
Atsakomybės apribojimas: AAAS ir „EurekAlert“ neatsako už „EurekAlert“ paskelbtų pranešimų spaudai tikslumą! Bet koks informacijos panaudojimas informaciją teikiančios organizacijos arba per „EurekAlert“ sistemą.
Įrašo laikas: 2024 m. rugpjūčio 22 d.