Vaizdas: Tradiciniai augalų regeneravimo metodai reikalauja naudoti augalų augimo reguliatorius, tokius kaip hormonai, kurie gali būti specifiniai rūšiai ir imlūs darbui. Naujame tyrime mokslininkai sukūrė naują augalų regeneracijos sistemą, reguliuodami genų, dalyvaujančių augalų ląstelių dediferenciacijos (ląstelių proliferacijos) ir pakartotinio diferenciacijos (organogenezės), funkciją ir ekspresiją. Žiūrėti daugiau
Reikia naudoti tradicinius augalų regeneravimo metodusaugalų augimo reguliatoriaipavyzdžiuihormonass, kurie gali būti specifiniai rūšiai ir imlūs darbui. Naujame tyrime mokslininkai sukūrė naują augalų regeneracijos sistemą, reguliuodami genų, dalyvaujančių augalų ląstelių dediferenciacijos (ląstelių proliferacijos) ir pakartotinio diferenciacijos (organogenezės), funkciją ir ekspresiją.
Augalai daugelį metų buvo pagrindinis gyvūnų ir žmonių maisto šaltinis. Be to, augalai naudojami įvairiems farmaciniams ir gydomiesiems junginiams išgauti. Tačiau jų netinkamas naudojimas ir didėjanti maisto paklausa pabrėžia naujų augalų veisimo metodų poreikį. Augalų biotechnologijų pažanga galėtų išspręsti būsimą maisto trūkumą gaminant genetiškai modifikuotus (GM) augalus, kurie yra produktyvesni ir atsparesni klimato kaitai.
Natūralu, kad augalai gali regeneruoti visiškai naujus augalus iš vienos „totipotentinės“ ląstelės (ląstelės, kuri gali sukelti kelių tipų ląsteles), dediferencijuodami ir iš naujo diferencijuodami į ląsteles, turinčias skirtingas struktūras ir funkcijas. Dirbtinis tokių totipotentinių ląstelių kondicionavimas naudojant augalų audinių kultūrą plačiai naudojamas augalų apsaugai, veisimui, transgeninių rūšių gamybai ir mokslinių tyrimų tikslais. Tradiciškai audinių kultūrai augalų regeneracijai reikia naudoti augalų augimo reguliatorius (GGR), tokius kaip auksinai ir citokininai, kad būtų galima kontroliuoti ląstelių diferenciaciją. Tačiau optimalios hormoninės sąlygos gali labai skirtis priklausomai nuo augalo rūšies, auginimo sąlygų ir audinių tipo. Todėl optimalių žvalgymo sąlygų sukūrimas gali būti daug laiko ir daug darbo reikalaujanti užduotis.
Siekdamas išspręsti šią problemą, docentas Tomoko Ikawa kartu su docente Mai F. Minamikawa iš Čibos universiteto, profesoriumi Hitoshi Sakakibara iš Nagojos universiteto Biožemės ūkio mokslų aukštosios mokyklos ir Mikiko Kojima, ekspertu iš RIKEN CSRS, sukūrė universalų augalų kontrolės metodą. „Vystymosi reguliuojamų“ (DR) ląstelių diferenciacijos genų ekspresija, siekiant augalų regeneracijos. 2024 m. balandžio 3 d. „Frontiers in Plant Science“ 15 tome dr. Ikawa pateikė papildomos informacijos apie jų tiriamąjį darbą, teigdamas: „Mūsų sistema nenaudoja išorinių PGR, o naudoja transkripcijos faktoriaus genus ląstelių diferenciacijai kontroliuoti. Panašiai kaip pluripotentinės žinduolių ląstelės.
Tyrėjai ektopiškai išreiškė du DR genus, BABY BOOM (BBM) ir WUSCHEL (WUS), iš Arabidopsis thaliana (naudojamo kaip pavyzdinis augalas) ir ištyrė jų poveikį tabako, salotų ir petunijos audinių kultūrų diferenciacijai. BBM koduoja transkripcijos faktorių, reguliuojantį embriono vystymąsi, o WUS koduoja transkripcijos faktorių, kuris palaiko kamieninių ląstelių tapatybę ūglio viršūninės meristemos srityje.
Jų eksperimentai parodė, kad vien Arabidopsis BBM arba WUS ekspresija nėra pakankama, kad sukeltų ląstelių diferenciaciją tabako lapų audinyje. Priešingai, funkciškai sustiprinto BBM ir funkciškai modifikuoto WUS ekspresija sukelia pagreitintą autonominės diferenciacijos fenotipą. Nenaudojant PGR, transgeninės lapų ląstelės diferencijuojasi į kaliusą (nesutvarkytą ląstelių masę), žalias į organus panašias struktūras ir atsitiktinius pumpurus. Kiekybinė polimerazės grandininės reakcijos (qPCR) analizė, metodas, naudojamas kiekybiškai įvertinti genų transkriptus, parodė, kad Arabidopsis BBM ir WUS ekspresija koreliuoja su transgeninių kauliukų ir ūglių susidarymu.
Atsižvelgdami į lemiamą fitohormonų vaidmenį ląstelių dalijimuisi ir diferenciacijai, tyrėjai kiekybiškai įvertino šešių fitohormonų, būtent auksino, citokinino, abscizo rūgšties (ABA), giberelino (GA), jazmono rūgšties (JA), salicilo rūgšties (SA) ir jos metabolitų, kiekį transgeniniuose augalų pasėliuose. Jų rezultatai parodė, kad aktyvaus auksino, citokinino, ABA ir neaktyvaus GA kiekis didėja, kai ląstelės diferencijuojasi į organus, išryškinant jų vaidmenį augalų ląstelių diferenciacijoje ir organogenezėje.
Be to, tyrėjai panaudojo RNR sekos nustatymo transkriptus – kokybinės ir kiekybinės genų ekspresijos analizės metodą, kad įvertintų genų ekspresijos modelius transgeninėse ląstelėse, turinčiose aktyvią diferenciaciją. Jų rezultatai parodė, kad genai, susiję su ląstelių proliferacija ir auksinu, buvo praturtinti skirtingai reguliuojamais genais. Tolesnis tyrimas naudojant qPCR atskleidė, kad transgeninės ląstelės padidino arba sumažino keturių genų, įskaitant genus, reguliuojančius augalų ląstelių diferenciaciją, metabolizmą, organogenezę ir auksino atsaką, ekspresiją.
Apskritai šie rezultatai atskleidžia naują ir universalų požiūrį į augalų regeneraciją, 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 galimus savo darbo pritaikymus, daktaras Ikawa sakė: „Pranešta sistema galėtų pagerinti augalų veisimą, suteikdama įrankį, skatinantį transgeninių augalų ląstelių diferenciaciją be PGR. Todėl prieš transgeninius augalus priimant kaip produktus, visuomenė paspartins augalų selekciją ir sumažins susijusias gamybos sąnaudas.
Apie docentą Tomoko Igawa Dr. Tomoko Ikawa yra Sodininkystės mokyklos, Molekulinių augalų mokslų centro ir Kosminės žemės ūkio ir sodininkystės tyrimų centro, Čibos universiteto, Japonija, docentas. Jos moksliniai interesai apima augalų seksualinį dauginimąsi ir vystymąsi bei augalų biotechnologijas. Jos darbas skirtas suprasti molekulinius lytinio dauginimosi mechanizmus ir augalų ląstelių diferenciaciją naudojant įvairias transgenines sistemas. Ji turi keletą publikacijų šiose srityse ir yra Japonijos augalų biotechnologijos draugijos, Japonijos botanikos draugijos, Japonijos augalų selekcininkų draugijos, Japonijos augalų fiziologų draugijos ir Tarptautinės augalų lytinio dauginimosi tyrimo draugijos narė.
Autonominė transgeninių ląstelių diferenciacija be išorinio hormonų naudojimo: endogeninių genų ekspresija ir fitohormonų elgesys
Autoriai pareiškia, kad tyrimas buvo atliktas nesant jokių komercinių ar finansinių santykių, kuriuos būtų galima suprasti kaip galimą interesų konfliktą.
Atsakomybės apribojimas: AAAS ir EurekAlert neatsako už EurekAlert paskelbtų pranešimų spaudai tikslumą! Bet koks informacijos naudojimas, kurį naudoja informaciją teikianti organizacija arba per EurekAlert sistemą.
Paskelbimo laikas: 2024-08-22