Kuva: Perinteiset kasvien uudistamismenetelmät edellyttävät kasvien kasvua säätelevien aineiden, kuten hormonien, käyttöä, mikä voi olla lajikohtaista ja työvoimavaltaista. Uudessa tutkimuksessa tutkijat ovat kehittäneet uuden kasvien regeneraatiojärjestelmän säätelemällä kasvisolujen erilaistumiseen (solujen lisääntymiseen) ja uudelleen erilaistumiseen (organogeneesiin) osallistuvien geenien toimintaa ja ilmentymistä. Katso lisää
Perinteiset kasvien uudistamismenetelmät edellyttävät mm.kasvien kasvunsäätelijätkutenhormonis, joka voi olla lajikohtaista ja työvoimavaltaista. Uudessa tutkimuksessa tutkijat ovat kehittäneet uuden kasvien regeneraatiojärjestelmän säätelemällä kasvisolujen erilaistumiseen (solujen lisääntymiseen) ja uudelleen erilaistumiseen (organogeneesiin) osallistuvien geenien toimintaa ja ilmentymistä.
Kasvit ovat olleet eläinten ja ihmisten tärkein ravinnonlähde useiden vuosien ajan. Lisäksi kasveja käytetään erilaisten farmaseuttisten ja terapeuttisten yhdisteiden uuttamiseen. Niiden väärinkäyttö ja kasvava ruoan kysyntä korostavat kuitenkin uusien kasvinjalostusmenetelmien tarvetta. Kasvibioteknologian edistyminen voisi ratkaista tulevaisuuden elintarvikepulan tuottamalla geneettisesti muunnettuja (GM) kasveja, jotka ovat tuottavampia ja kestävämpiä ilmastonmuutokselle.
Luonnollisesti kasvit voivat uudistaa kokonaan uusia kasveja yhdestä "totipotentista" solusta (solu, joka voi synnyttää useita solutyyppejä) dedifferentioimalla ja erilaistumalla uudelleen soluiksi, joilla on erilaiset rakenteet ja toiminnot. Tällaisten totipotenttien solujen keinotekoista käsittelyä kasvikudosviljelmän avulla käytetään laajalti kasvinsuojeluun, jalostukseen, siirtogeenisten lajien tuotantoon ja tieteellisiin tutkimustarkoituksiin. Perinteisesti kudosviljelmä kasvien regeneraatiota varten vaatii kasvien kasvun säätelyaineiden (GGR), kuten auksiinien ja sytokiniinien käyttöä solujen erilaistumisen kontrolloimiseksi. Optimaaliset hormonaaliset olosuhteet voivat kuitenkin vaihdella merkittävästi kasvilajin, viljelyolosuhteiden ja kudostyypin mukaan. Siksi optimaalisten etsintäolosuhteiden luominen voi olla aikaa vievää ja työvoimavaltaista tehtävää.
Tämän ongelman ratkaisemiseksi apulaisprofessori Tomoko Ikawa kehittivät yhdessä apulaisprofessori Mai F. Minamikawa Chiban yliopistosta, professori Hitoshi Sakakibaran Nagoyan yliopiston biomaatalouden tutkijakoulusta ja Mikiko Kojiman, RIKEN CSRS:n asiantuntijateknikon kanssa yleisen säätelymenetelmän kasvien hallintaan. "Kehityksellä säädeltyjen" (DR) solujen erilaistumisgeenien ilmentäminen kasvien uudistumisen saavuttamiseksi. Tohtori Ikawa, joka julkaistiin 3. huhtikuuta 2024 Frontiers in Plant Sciencen osassa 15, antoi lisätietoja heidän tutkimustyöstään ja totesi: "Järjestelmämme ei käytä ulkoisia PGR:itä, vaan sen sijaan käyttää transkriptiotekijägeenejä solujen erilaistumisen säätelyyn. Samanlaisia kuin nisäkkäissä indusoidut pluripotentit solut."
Tutkijat ilmensivät ektooppisesti kahta DR-geeniä, BABY BOOM (BBM) ja WUSCHEL (WUS), Arabidopsis thalianasta (käytettiin mallikasvina) ja tutkivat niiden vaikutusta tupakan, salaatin ja petunian kudosviljelmien erilaistumiseen. BBM koodaa transkriptiotekijää, joka säätelee alkion kehitystä, kun taas WUS koodaa transkriptiotekijää, joka ylläpitää kantasoluiden identiteettiä verson apikaalisen meristeemin alueella.
Heidän kokeensa osoittivat, että Arabidopsis BBM:n tai WUS:n ilmentyminen ei yksinään riitä indusoimaan solujen erilaistumista tupakanlehtikudoksessa. Sitä vastoin toiminnallisesti parannetun BBM:n ja toiminnallisesti modifioidun WUS:n yhteisilmentyminen indusoi nopeutetun autonomisen erilaistumisfenotyypin. Ilman PCR:ää siirtogeeniset lehtisolut erilaistuivat kalluksiksi (epäorganisoituneeksi solumassaksi), vihreiksi elinmäisiksi rakenteiksi ja satunnaisiksi silmuiksi. Kvantitatiivinen polymeraasiketjureaktio (qPCR) -analyysi, menetelmä geenitranskriptien kvantifiointiin, osoitti, että Arabidopsis BBM:n ja WUS:n ilmentyminen korreloi siirtogeenisten kallusten ja versojen muodostumisen kanssa.
Ottaen huomioon kasvihormonien ratkaisevan roolin solujen jakautumisessa ja erilaistumisessa, tutkijat määrittelivät kuuden fytohormonin, nimittäin auksiinin, sytokiniinin, abskisiinihapon (ABA), gibberelliinin (GA), jasmonihapon (JA), salisyylihapon (SA) ja sen metaboliittien pitoisuudet siirtogeenisissä kasveissa. Heidän tulokset osoittivat, että aktiivisen auksiinin, sytokiniinin, ABA:n ja inaktiivisen GA:n tasot nousevat, kun solut erilaistuvat elimiin, korostaen niiden roolia kasvisolujen erilaistumisessa ja organogeneesissä.
Lisäksi tutkijat käyttivät RNA-sekvensointitranskriptomeja, menetelmää geeniekspression kvalitatiiviseen ja kvantitatiiviseen analyysiin, arvioidakseen geenien ilmentymismalleja siirtogeenisissä soluissa, jotka osoittavat aktiivista erilaistumista. Heidän tulokset osoittivat, että solujen lisääntymiseen ja auksiiniin liittyvät geenit rikastuivat differentiaalisesti säädellyillä geeneillä. Lisätutkimus qPCR:llä paljasti, että siirtogeeniset solut olivat lisänneet tai vähentäneet neljän geenin ilmentymistä, 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 ulkoista PCR:ää. Lisäksi tässä tutkimuksessa käytetty järjestelmä voi parantaa ymmärrystämme kasvisolujen erilaistumisen perusprosesseista ja parantaa hyödyllisten kasvilajien bioteknistä valintaa.
Tohtori Ikawa totesi työnsä mahdollisia sovelluksia korostaen: "Raportoitu järjestelmä voisi parantaa kasvinjalostusta tarjoamalla työkalun siirtogeenisten kasvisolujen erilaistumisen aikaansaamiseksi ilman PCR:n tarvetta. Siksi yhteiskunta nopeuttaa kasvinjalostusta ja vähentää siihen liittyviä tuotantokustannuksia ennen kuin siirtogeeniset kasvit hyväksytään tuotteiksi."
Tietoja apulaisprofessori Tomoko Igawasta Tohtori Tomoko Ikawa on apulaisprofessori Graduate School of Horticulturessa, Center for Molecular Plant Sciences ja Center for Space Agriculture and Horticulture Researchissa, Chiba University, Japan. Hänen tutkimusalueitaan ovat kasvien seksuaalinen lisääntyminen ja kehittäminen sekä kasvien bioteknologia. Hänen työnsä keskittyy seksuaalisen lisääntymisen ja kasvisolujen erilaistumisen molekyylimekanismien ymmärtämiseen erilaisten siirtogeenisten järjestelmien avulla. Hänellä on useita julkaisuja näillä aloilla, ja hän on Japanin kasvibioteknologiayhdistyksen, Japanin kasvitieteellisen seuran, Japanin kasvinjalostusyhdistyksen, Japanin kasvifysiologien seuran ja kansainvälisen kasvien seksuaalisen lisääntymisen tutkimusyhdistyksen jäsen.
Siirtogeenisten solujen autonominen erilaistuminen ilman hormonien ulkoista käyttöä: endogeenisten geenien ilmentyminen ja kasvihormonien käyttäytyminen
Kirjoittajat vakuuttavat, että tutkimus tehtiin ilman kaupallisia tai taloudellisia suhteita, jotka voitaisiin tulkita mahdolliseksi eturistiriitaksi.
Vastuuvapauslauseke: AAAS ja EurekAlert eivät ole vastuussa EurekAlertissa julkaistujen lehdistötiedotteiden oikeellisuudesta! Kaikenlainen tiedon käyttö tiedot toimittavan organisaation tai EurekAlert-järjestelmän kautta.
Postitusaika: 22.8.2024