Kuva: Perinteiset kasvien uudistamismenetelmät vaativat kasvien kasvua säätelevien aineiden, kuten hormonien, käyttöä, jotka voivat olla lajikohtaisia ja työvoimavaltaisia. Uudessa tutkimuksessa tutkijat ovat kehittäneet uuden kasvien uudistamisjärjestelmän säätelemällä kasvisolujen dedifferentiaatioon (solujen lisääntymiseen) ja redifferentiaatioon (organogeneesiin) osallistuvien geenien toimintaa ja ilmentymistä. Näytä lisää
Perinteiset kasvien uudistamismenetelmät edellyttävät mm.kasvien kasvunsäätelijätkutenhormonis, mikä voi olla lajikohtaista ja työvoimavaltaista. Uudessa tutkimuksessa tutkijat ovat kehittäneet uuden kasvien uudistamisjärjestelmän säätelemällä kasvisolujen dedifferentiaatioon (solujen lisääntymiseen) ja redifferentiaatioon (organogeneesiin) osallistuvien geenien toimintaa ja ilmentymistä.
Kasvit ovat olleet eläinten ja ihmisten tärkein ravinnonlähde jo vuosia. Lisäksi kasveja käytetään erilaisten farmaseuttisten ja terapeuttisten yhdisteiden uuttamiseen. Niiden väärinkäyttö ja kasvava ruoan kysyntä kuitenkin korostavat uusien kasvinjalostusmenetelmien tarvetta. Kasvibiotekniikan edistysaskeleet voisivat ratkaista tulevaisuuden ruokapulan tuottamalla geneettisesti muunnettuja (GM) kasveja, jotka ovat tuottavampia ja kestävämpiä ilmastonmuutokselle.
Luonnollisesti kasvit voivat regeneroida kokonaan uusia kasveja yhdestä "totipotentista" solusta (solusta, joka voi tuottaa useita solutyyppejä) erilaistumalla ja erilaistumalla uudelleen soluiksi, joilla on erilaiset rakenteet ja toiminnot. Tällaisten totipotenttien solujen keinotekoista käsittelyä kasvikudosviljelyn avulla käytetään laajalti kasvinsuojelussa, jalostuksessa, siirtogeenisten lajien tuotannossa ja tieteellisissä tutkimustarkoituksiin. Perinteisesti kasvien uudistamiseen tarkoitettu kudosviljely edellyttää kasvien kasvunsäätelijöiden (GGR), kuten auksiinien ja sytokiniinien, käyttöä solujen erilaistumisen säätelemiseksi. Optimaaliset hormonaaliset olosuhteet voivat kuitenkin vaihdella merkittävästi kasvilajin, viljelyolosuhteiden ja kudostyypin mukaan. Siksi optimaalisten tutkimusolosuhteiden luominen voi olla aikaa vievä ja työvoimavaltainen tehtävä.
Tämän ongelman ratkaisemiseksi apulaisprofessori Tomoko Ikawa kehitti yhdessä Chiban yliopiston apulaisprofessori Mai F. Minamikawan, Nagoyan yliopiston bio-maataloustieteiden korkeakoulun professori Hitoshi Sakakibaran ja RIKEN CSRS:n asiantuntijateknikko Mikiko Kojiman kanssa yleismaailmallisen menetelmän kasvien säätelyyn. "Kehityssäädeltyjen" (DR) solujen erilaistumisgeenien ilmentäminen kasvien uudistamiseksi. Frontiers in Plant Science -lehden osassa 15 3. huhtikuuta 2024 julkaistussa artikkelissa tohtori Ikawa antoi lisätietoja tutkimustyöstään todeten: "Järjestelmämme ei käytä ulkoisia PGR:iä, vaan transkriptiotekijägeenejä solujen erilaistumisen säätelyyn. Samalla tavalla kuin nisäkkäillä indusoidut pluripotentit solut."
Tutkijat ilmensivät ektooppisesti kahta DR-geeniä, BABY BOOMia (BBM) ja WUSCHELia (WUS), Arabidopsis thalianasta (jota käytettiin mallikasvina), ja tutkivat niiden vaikutusta tupakan, salaatin ja petunian kudosviljelyerilaistumiseen. BBM koodaa transkriptiotekijää, joka säätelee alkionkehitystä, kun taas WUS koodaa transkriptiotekijää, joka ylläpitää kantasolujen identiteettiä verson apikaalisen meristeemin alueella.
Heidän kokeensa osoittivat, että pelkkä Arabidopsis BBM:n tai WUS:n ilmentyminen ei riitä indusoimaan solujen erilaistumista tupakanlehtikudoksessa. Sitä vastoin toiminnallisesti parannetun BBM:n ja toiminnallisesti modifioidun WUS:n samanaikainen ilmentyminen indusoi kiihtyneen autonomisen erilaistumisen fenotyypin. Ilman PCR:n käyttöä transgeeniset lehtisolut erilaistuivat kallukseksi (epäorganisoituneeksi solumassaksi), vihreiksi elinmäisiksi rakenteiksi ja satunnaisiksi silmuiksi. Kvantitatiivinen polymeraasiketjureaktio (qPCR), menetelmä, jota käytetään geenitranskriptien kvantifiointiin, osoitti, että Arabidopsis BBM:n ja WUS:n ilmentyminen korreloi transgeenisten kallusten ja versojen muodostumisen kanssa.
Ottaen huomioon fytohormonien ratkaisevan roolin solujen jakautumisessa ja erilaistumisessa, tutkijat määrittivät kuuden fytohormonin pitoisuudet transgeenisissä kasveissa: auksiinin, sytokiniinin, abskissihapon (ABA), gibberelliinin (GA), jasmonihapon (JA), salisyylihapon (SA) ja sen metaboliittien. Tulokset osoittivat, että aktiivisen auksiinin, sytokiniinin, ABA:n ja inaktiivisen GA:n pitoisuudet lisääntyvät solujen erilaistuessa elimiksi, mikä korostaa niiden roolia kasvisolujen erilaistumisessa ja organogeneesissä.
Lisäksi tutkijat käyttivät RNA-sekvensointitranskriptomeja, menetelmää geenien ilmentymisen kvalitatiiviseen ja kvantitatiiviseen analyysiin, arvioidakseen geenien ilmentymisen malleja aktiivista erilaistumista osoittavissa transgeenisissä soluissa. Heidän tuloksensa osoittivat, että solujen lisääntymiseen ja auksiiniin liittyvissä geeneissä oli runsaasti eri tavalla säädeltyjä geenejä. Lisätutkimukset qPCR:llä paljastivat, että transgeenisissä soluissa oli neljän geenin ilmentymisen lisääntymistä tai vähenemistä, mukaan lukien geenit, jotka säätelevät kasvisolujen erilaistumista, aineenvaihduntaa, organogeneesiä ja auksiinivastetta.
Kaiken kaikkiaan nämä tulokset paljastavat uuden ja monipuolisen lähestymistavan kasvien uudistamiseen, joka ei vaadi PCR:n ulkoista käyttöä. Lisäksi tässä tutkimuksessa käytetty järjestelmä voi parantaa ymmärrystämme kasvisolujen erilaistumisen perusprosesseista ja parantaa hyödyllisten kasvilajien bioteknologista valintaa.
Korostaen työnsä mahdollisia sovelluksia, tohtori Ikawa sanoi: "Raportoitu järjestelmä voisi parantaa kasvinjalostusta tarjoamalla työkalun transgeenisten kasvisolujen solujen erilaistumisen indusoimiseksi ilman PCR:ää. Siksi ennen kuin transgeeniset kasvit hyväksytään tuotteiksi, yhteiskunta nopeuttaa kasvinjalostusta ja vähentää siihen liittyviä tuotantokustannuksia."
Tietoja apulaisprofessori Tomoko Igawasta Dr. Tomoko Ikawa on apulaisprofessori puutarhatieteiden jatko-opistossa, molekyylikasvitieteiden keskuksessa ja avaruusviljelyn ja puutarhaviljelyn tutkimuskeskuksessa Chiban yliopistossa Japanissa. Hänen tutkimusintresseihinsä kuuluvat kasvien suvullinen lisääntyminen ja kehitys sekä kasvibioteknologia. Hänen työnsä keskittyy suvullisen lisääntymisen ja kasvisolujen erilaistumisen molekyylimekanismien ymmärtämiseen käyttämällä erilaisia transgeenisiä järjestelmiä. Hänellä on useita julkaisuja näillä aloilla, ja hän on Japanin kasvibiotekniikan seuran, Japanin kasvitieteellisen seuran, Japanin kasvinjalostusseuran, Japanin kasvifysiologien seuran ja Kansainvälisen kasvien suvullisen lisääntymisen tutkimusseuran jäsen.
Transgeenisten solujen autonominen erilaistuminen ilman hormonien ulkoista käyttöä: endogeenisten geenien ilmentyminen ja kasvihormonien käyttäytyminen
Kirjoittajat vakuuttavat, että tutkimus tehtiin ilman kaupallisia tai taloudellisia suhteita, joita voitaisiin tulkita mahdolliseksi eturistiriidaksi.
Vastuuvapauslauseke: AAAS ja EurekAlert eivät ole vastuussa EurekAlertissa julkaistujen lehdistötiedotteiden oikeellisuudesta! Tiedot toimittavan organisaation tai EurekAlert-järjestelmän kautta tapahtuvasta tietojen käytöstä.
Julkaisun aika: 22. elokuuta 2024