Beeld: Tradisionele metodes van plantregenerasie vereis die gebruik van plantgroeireguleerders soos hormone, wat spesiespesifiek en arbeidsintensief kan wees. In 'n nuwe studie het wetenskaplikes 'n nuwe plantregenerasiestelsel ontwikkel deur die funksie en uitdrukking van gene wat betrokke is by dedifferensiasie (selproliferasie) en herdifferensiasie (organogenese) van plantselle te reguleer. Bekyk meer
Tradisionele metodes van plantregenerasie vereis die gebruik vanplantgroeireguleerderssooshormoons, wat spesiespesifiek en arbeidsintensief kan wees. In 'n nuwe studie het wetenskaplikes 'n nuwe plantregenerasiestelsel ontwikkel deur die funksie en uitdrukking van gene wat betrokke is by dedifferensiasie (selproliferasie) en herdifferensiasie (organogenese) van plantselle te reguleer.
Plante is al jare lank die hoofbron van voedsel vir diere en mense. Daarbenewens word die plante gebruik om verskeie farmaseutiese en terapeutiese verbindings te onttrek. Hul misbruik en groeiende vraag na voedsel beklemtoon egter die behoefte aan nuwe plantteeltmetodes. Vooruitgang in plantbiotegnologie kan toekomstige voedseltekorte oplos deur geneties gemodifiseerde (GM) plante te produseer wat meer produktief en veerkragtig is teen klimaatsverandering.
Natuurlik kan plante heeltemal nuwe plante regenereer uit 'n enkele "totipotente" sel (’n sel wat aanleiding kan gee tot verskeie seltipes) deur te dedifferensieer en te herdifferensieer in selle met verskillende strukture en funksies. Kunsmatige kondisionering van sulke totipotente selle deur plantweefselkultuur word wyd gebruik vir plantbeskerming, teling, produksie van transgeniese spesies en vir wetenskaplike navorsingsdoeleindes. Tradisioneel vereis weefselkultuur vir plantregenerasie die gebruik van plantgroeireguleerders (GGR's), soos ouksiene en sitokiniene, om seldifferensiasie te beheer. Optimale hormonale toestande kan egter aansienlik wissel afhangende van die plantspesie, kultuurtoestande en weefseltipe. Daarom kan die skep van optimale eksplorasietoestande 'n tydrowende en arbeidsintensiewe taak wees.
Om hierdie probleem te oorkom, het medeprofessor Tomoko Ikawa, saam met medeprofessor Mai F. Minamikawa van Chiba Universiteit, professor Hitoshi Sakakibara van Nagoya Universiteit se Nagraadse Skool vir Bio-Landbouwetenskappe en Mikiko Kojima, 'n kundige tegnikus van RIKEN CSRS, 'n universele metode vir plantbeheer deur regulering ontwikkel. Uitdrukking van "ontwikkelingsgereguleerde" (DR) seldifferensiasiegene om plantregenerasie te bewerkstellig. Gepubliseer in Volume 15 van Frontiers in Plant Science op 3 April 2024, het dr. Ikawa verdere inligting oor hul navorsingswerk verskaf en gesê: "Ons stelsel gebruik nie eksterne PGR's nie, maar gebruik eerder transkripsiefaktorgene om seldifferensiasie te beheer. Soortgelyk aan pluripotente selle wat in soogdiere geïnduseer word."
Die navorsers het twee DR-gene, BABY BOOM (BBM) en WUSCHEL (WUS), ektopies uitgedruk van Arabidopsis thaliana (gebruik as 'n modelplant) en hul effek op weefselkultuurdifferensiasie van tabak, blaarslaai en petunia ondersoek. BBM kodeer 'n transkripsiefaktor wat embrioniese ontwikkeling reguleer, terwyl WUS kodeer vir 'n transkripsiefaktor wat stamselidentiteit in die gebied van die loot se apikale meristeem handhaaf.
Hul eksperimente het getoon dat die uitdrukking van Arabidopsis BBM of WUS alleen nie voldoende is om seldifferensiasie in tabakblaarweefsel te veroorsaak nie. In teenstelling hiermee veroorsaak die ko-uitdrukking van funksioneel verbeterde BBM en funksioneel gemodifiseerde WUS 'n versnelde outonome differensiasiefenotipe. Sonder die gebruik van PCR het transgeniese blaarselle gedifferensieer in kallus (ongeorganiseerde selmassa), groen orgaanagtige strukture en byknoppies. Kwantitatiewe polimerase-kettingreaksie (qPCR)-analise, 'n metode wat gebruik word om geentranskripte te kwantifiseer, het getoon dat Arabidopsis BBM- en WUS-uitdrukking gekorreleer het met die vorming van transgeniese kalli en lote.
Met inagneming van die belangrike rol van fitohormone in seldeling en -differensiasie, het die navorsers die vlakke van ses fitohormone gekwantifiseer, naamlik ouksien, sitokinien, absisiensuur (ABA), gibberellien (GA), jasmonsuur (JA), salisielsuur (SA) en sy metaboliete in transgeniese plantgewasse. Hul resultate het getoon dat die vlakke van aktiewe ouksien, sitokinien, ABA en onaktiewe GA toeneem namate selle in organe differensieer, wat hul rolle in plantseldifferensiasie en organogenese beklemtoon.
Daarbenewens het die navorsers RNS-volgordebepaling-transkriptome, 'n metode vir kwalitatiewe en kwantitatiewe analise van geenekspressie, gebruik om patrone van geenekspressie in transgeniese selle wat aktiewe differensiasie toon, te evalueer. Hul resultate het getoon dat gene wat verband hou met selproliferasie en ouksien verryk is in differensieel gereguleerde gene. Verdere ondersoek met behulp van qPCR het aan die lig gebring dat die transgeniese selle verhoogde of verlaagde uitdrukking van vier gene gehad het, insluitend gene wat plantsel-differensiasie, metabolisme, organogenese en ouksienrespons reguleer.
Oor die algemeen toon hierdie resultate 'n nuwe en veelsydige benadering tot plantregenerasie wat nie eksterne toepassing van PCR vereis nie. Boonop kan die stelsel wat in hierdie studie gebruik word, ons begrip van die fundamentele prosesse van plantseldifferensiasie verbeter en die biotegnologiese seleksie van nuttige plantspesies verbeter.
Dr. Ikawa het die potensiële toepassings van sy werk uitgelig en gesê: "Die gerapporteerde stelsel kan plantteling verbeter deur 'n instrument te verskaf vir die indusering van sellulêre differensiasie van transgeniese plantselle sonder die behoefte aan PCR. Daarom, voordat transgeniese plante as produkte aanvaar word, sal die samelewing plantteling versnel en gepaardgaande produksiekoste verminder."
Oor Medeprofessor Tomoko Igawa Dr. Tomoko Ikawa is 'n assistent-professor aan die Nagraadse Skool vir Tuinbou, Sentrum vir Molekulêre Plantwetenskappe, en Sentrum vir Ruimtelandbou en Tuinbounavorsing, Chiba Universiteit, Japan. Haar navorsingsbelangstellings sluit in seksuele voortplanting en ontwikkeling van plante, en plantbiotegnologie. Haar werk fokus op die begrip van die molekulêre meganismes van seksuele voortplanting en plantsel-differensiasie deur gebruik te maak van verskeie transgeniese stelsels. Sy het verskeie publikasies in hierdie velde en is 'n lid van die Japanse Vereniging vir Plantbiotegnologie, die Botaniese Vereniging van Japan, die Japanse Plantteeltvereniging, die Japanse Vereniging van Plantfisioloë, en die Internasionale Vereniging vir die Studie van Seksuele Voortplanting van Plante.
Outonome differensiasie van transgeniese selle sonder eksterne gebruik van hormone: uitdrukking van endogene gene en gedrag van fitohormone
Die outeurs verklaar dat die navorsing uitgevoer is in die afwesigheid van enige kommersiële of finansiële verhoudings wat as 'n potensiële belangebotsing beskou kan word.
Vrywaring: AAAS en EurekAlert is nie verantwoordelik vir die akkuraatheid van persvrystellings wat op EurekAlert gepubliseer word nie! Enige gebruik van inligting deur die organisasie wat die inligting verskaf of deur die EurekAlert-stelsel.
Plasingstyd: 22 Augustus 2024