_ Cercetătorii dezvoltă plante genetice abordare de regenerare fără aplicarea de fitohormoni

De secole, plantele sunt sursa principală de nutriție pentru animale și omenire. În plus, plantele sunt folosite pentru extracția diferiților compuși medicinali și terapeutici. Cu toate acestea, utilizarea lor fără discernământ, împreună cu cererea în creștere pentru alimente, subliniază necesitatea unor practici noi de ameliorare a plantelor.

Avansele în biotehnologia plantelor pot aborda problemele asociate cu deficitul de alimente în viitor, permițând producerea de plante modificate genetic (MG) cu productivitate mai mare și rezistență la schimbările climatice.

În mod natural, plantele pot regenera o plantă nouă întreagă dintr-o singură celulă „totipotentă” (o celulă care poate da naștere la mai multe tipuri de celule ) prin dediferențiere și rediferențiere în celule cu diferite structuri și funcții. Reglarea artificială a unor astfel de celule totipotente prin cultura de țesut vegetal este utilizată pe scară largă pentru conservarea plantelor, creșterea, generarea de specii MG și în scopuri de cercetare științifică.

Convențional, cultura de țesut pentru regenerarea plantelor necesită aplicarea regulatorilor de creștere a plantelor. (PGR), cum ar fi auxinele și citochininele, pentru a controla diferențierea celulară. Cu toate acestea, condițiile hormonale optime pot varia semnificativ în funcție de speciile de plante, condițiile de cultură și tipul de țesut. Prin urmare, stabilirea condițiilor PGR optime poate fi consumatoare de timp și laborioasă.

Pentru a depăși această provocare, profesorul asociat Tomoko Igawa, împreună cu profesorul asociat Mai F. Minamikawa de la Universitatea Chiba, profesorul Hitoshi Sakakibara de la Școala Absolventă de Științe Bioagricole, Universitatea Nagoya și tehnicianul expert Mikiko Kojima de la RIKEN CSRS, au dezvoltat o metodă versatilă de regenerare a plantelor prin modularea expresiei genelor „regulatoare de dezvoltare” (DR) care controlează diferențierea celulelor plantelor.

Oferind mai multe perspective asupra lucrărilor lor de cercetare publicate în Frontiers in Plant Science, dr. Igawa spune: „În loc să utilizeze PGR externe, sistemul nostru folosește genele DR, care sunt implicate în dezvoltare și morfogeneză, pentru a controla diferențierea celulară. Sistemul utilizează transcripția. genele factorilor și seamănă cu generarea indusă de celule pluripotente la mamifere."

Cercetătorii au exprimat ectopic două gene DR, și anume - BABY BOOM (BBM) și WUSCHEL (WUS) de la Arabidopsis thaliana (folosită ca plantă model), și a examinat efectele acestora asupra diferențierii culturilor de țesuturi de tutun, salată verde și petunia. BBM codifică un factor de transcripție care reglează dezvoltarea embrionară, în timp ce WUS codifică un factor de transcripție care menține identitatea celulelor stem în regiunea meristemului apical al lăstarilor.

Experimentele lor au arătat că expresia Arabidopsis BBM sau WUS singură a fost insuficientă pentru a induce diferențierea celulară în țesutul frunzelor de tutun. În schimb, co-exprimarea BBM îmbunătățită funcțional și a WUS modificată funcțional a indus un fenotip de diferențiere accelerat și autonom.

Celulele transgenice ale frunzelor s-au diferențiat în calli (o masă dezorganizată de celule), structuri verzui asemănătoare unor organe și lăstari adventivi în lipsa aplicării PGR. Analiza cantitativă a reacției în lanț a polimerazei (qPCR) (o tehnică utilizată pentru a cuantifica transcriptele genelor) a arătat că expresia Arabidopsis BBM și WUS a fost asociată cu formarea calilor și lăstarilor transgenici.

Având în vedere rolul cheie al fitohormonilor în diviziunea și diferențierea celulară, cercetătorii au continuat cuantificând nivelurile a șase fitohormoni, și anume — auxine, citochinine, acid abscisic (ABA), gibereline (GA), acid iasmonic. (JA), acid salicilic (SA) și metaboliții acestora în culturile de plante transgenice. Descoperirile lor au relevat faptul că nivelurile de auxine active, citokinine, ABA și GA inactive au crescut pe măsură ce celulele s-au diferențiat pentru a forma organe, evidențiind rolul lor în diferențierea celulelor vegetale și organogeneză.

În plus, cercetătorii au folosit transcriptom prin ARN. secvențierea (o tehnică utilizată pentru analiza calitativă și cantitativă a expresiei genelor) pentru a evalua modelele de expresie a genelor în celulele transgenice care prezintă diferențiere activă. Rezultatele lor au sugerat că genele legate de proliferarea celulară și auxinele s-au îmbogățit printre genele reglate diferențial.

Validarea ulterioară folosind qPCR a dezvăluit că patru gene au fost reglate în sus sau în jos în celulele transgenice, inclusiv cele care reglează diferențierea celulelor vegetale, metabolismul, organogeneza și răspunsul la auxină.

În general, aceste constatări pun în lumină abordarea nouă și versatilă a regenerării plantelor fără a fi necesară aplicarea externă a PGR. Mai mult, sistemul utilizat în acest studiu are potențialul de a avansa înțelegerea noastră a proceselor fundamentale de diferențiere a celulelor vegetale și de a îmbunătăți reproducerea biotehnologică a speciilor de plante utile.

Dr. Igawa spune: „Sistemul raportat poate îmbunătăți ameliorarea plantelor prin furnizarea unui instrument pentru a induce diferențierea celulară a celulelor plantelor modificate genetic fără aplicarea PGR. Prin urmare, în societățile în care plantele modificate genetic sunt acceptate ca produse, ar accelera ameliorarea plantelor și ar reduce costurile de producție asociate. „

(Fluierul)