Pilt: Traditsioonilised taimede taaselustamise meetodid nõuavad taimekasvuregulaatorite, näiteks hormoonide kasutamist, mis võivad olla liigispetsiifilised ja töömahukad. Uues uuringus on teadlased välja töötanud uue taimede taaselustamise süsteemi, reguleerides taimerakkude dedifferentseerumise (rakkude proliferatsiooni) ja redifferentseerumise (organogeneesi) geenide funktsiooni ja ekspressiooni. Vaata lähemalt
Traditsioonilised taimede taaselustamise meetodid nõuavadtaimekasvuregulaatoridnäitekshormoons, mis võib olla liigispetsiifiline ja töömahukas. Uues uuringus on teadlased välja töötanud uue taimede regenereerimissüsteemi, reguleerides taimerakkude dedifferentseerumise (rakkude proliferatsiooni) ja redifferentseerumise (organogeneesi) geenide funktsiooni ja ekspressiooni.
Taimed on olnud loomade ja inimeste peamine toiduallikas juba aastaid. Lisaks kasutatakse taimi mitmesuguste farmaatsia- ja terapeutiliste ühendite ekstraheerimiseks. Nende väärkasutamine ja kasvav nõudlus toidu järele rõhutab aga vajadust uute taimekasvatusmeetodite järele. Taimebiotehnoloogia edusammud võiksid lahendada tulevase toidupuuduse, tootes geneetiliselt muundatud (GM) taimi, mis on produktiivsemad ja kliimamuutustele vastupidavamad.
Loomulikult saavad taimed ühest "totipotentsest" rakust (rakk, mis võib anda alust mitmele rakutüübile) täiesti uusi taimi taastada, dedifferentseerides ja redifferentseerides rakke erineva struktuuri ja funktsioonidega rakkudeks. Selliste totipotentsete rakkude kunstlikku konditsioneerimist taimekoekultuuri abil kasutatakse laialdaselt taimekaitseks, aretuseks, transgeensete liikide tootmiseks ja teaduslikel eesmärkidel. Traditsiooniliselt nõuab taimede regenereerimiseks mõeldud koekultuur taimekasvuregulaatorite (GGR), näiteks auksiinide ja tsütokiniinide, kasutamist rakkude diferentseerumise kontrollimiseks. Optimaalsed hormonaalsed tingimused võivad aga taimeliigist, kultiveerimistingimustest ja koetüübist olenevalt oluliselt erineda. Seetõttu võib optimaalsete uurimistingimuste loomine olla aeganõudev ja töömahukas ülesanne.
Selle probleemi lahendamiseks töötas dotsent Tomoko Ikawa koos Chiba ülikooli dotsendi Mai F. Minamikawa, Nagoya ülikooli biopõllumajandusteaduste magistrikooli professori Hitoshi Sakakibara ja RIKEN CSRS-i eksperditehniku Mikiko Kojimaga välja universaalse meetodi taimede kontrollimiseks regulatsiooni abil. „Arenguliselt reguleeritud” (DR) rakkude diferentseerumise geenide ekspressioon taimede regenereerimise saavutamiseks. Avaldatud 3. aprillil 2024 ajakirja Frontiers in Plant Science 15. köites, andis dr Ikawa oma uurimistöö kohta lisateavet, öeldes: „Meie süsteem ei kasuta väliseid PGR-e, vaid kasutab rakkude diferentseerumise kontrollimiseks transkriptsioonifaktorite geene, sarnaselt imetajatel indutseeritud pluripotentsete rakkudega.”
Teadlased ekspresseerisid ektoopiliselt kahte DR-geeni, BABY BOOM (BBM) ja WUSCHEL (WUS), Arabidopsis thaliana'lt (mida kasutati mudeltaimena) ning uurisid nende mõju tubaka, salati ja petuunia koekultuuri diferentseerumisele. BBM kodeerib transkriptsioonifaktorit, mis reguleerib embrüonaalset arengut, samas kui WUS kodeerib transkriptsioonifaktorit, mis säilitab tüvirakkude identiteedi võrse apikaalse meristeemi piirkonnas.
Nende katsed näitasid, et Arabidopsis'e BBM-i või WUS-i ekspressioon üksi ei ole piisav, et indutseerida rakkude diferentseerumist tubakalehe koes. Seevastu funktsionaalselt võimendatud BBM-i ja funktsionaalselt modifitseeritud WUS-i koosekspressioon kutsub esile kiirendatud autonoomse diferentseerumise fenotüübi. Ilma PCR-i kasutamata diferentseerusid transgeensed leherakud kalluseks (korrastamata rakumassiks), rohelisteks organitaolisteks struktuurideks ja juhuslikeks pungadeks. Kvantitatiivne polümeraasi ahelreaktsiooni (qPCR) analüüs, mis on meetod geenitranskriptide kvantifitseerimiseks, näitas, et Arabidopsis'e BBM-i ja WUS-i ekspressioon korreleerus transgeensete kalluste ja võrsete moodustumisega.
Arvestades fütohormoonide olulist rolli rakkude jagunemisel ja diferentseerumisel, kvantifitseerisid teadlased kuue fütohormooni, nimelt auksiini, tsütokiniini, abstsisiinhappe (ABA), giberelliini (GA), jasmoonhappe (JA), salitsüülhappe (SA) ja selle metaboliitide taset transgeensetes taimekultuurides. Nende tulemused näitasid, et aktiivse auksiini, tsütokiniini, ABA ja inaktiivse GA tasemed suurenevad rakkude diferentseerumisel organiteks, rõhutades nende rolli taimerakkude diferentseerumisel ja organogeneesil.
Lisaks kasutasid teadlased RNA sekveneerimise transkriptoome, mis on geenide ekspressiooni kvalitatiivse ja kvantitatiivse analüüsi meetod, et hinnata aktiivse diferentseerumisega transgeensetes rakkudes esinevate geenide ekspressiooni mustreid. Nende tulemused näitasid, et rakkude proliferatsiooni ja auksiiniga seotud geenid olid rikastatud diferentsiaalselt reguleeritud geenidega. Edasine uurimine qPCR-i abil näitas, et transgeensetes rakkudes oli nelja geeni ekspressioon suurenenud või vähenenud, sealhulgas geenid, mis reguleerivad taimerakkude diferentseerumist, ainevahetust, organogeneesi ja auksiini vastust.
Kokkuvõttes näitavad need tulemused uut ja mitmekülgset lähenemisviisi taimede taastamiseks, mis ei nõua PCR-i välist rakendamist. Lisaks võib selles uuringus kasutatud süsteem parandada meie arusaamist taimerakkude diferentseerumise põhiprotsessidest ja parandada kasulike taimeliikide biotehnoloogilist valikut.
Oma töö potentsiaalseid rakendusi esile tõstes ütles dr Ikawa: „Teatatud süsteem võiks parandada taimekasvatust, pakkudes vahendit transgeensete taimerakkude diferentseerumise esilekutsumiseks ilma PCR-i vajaduseta. Seega kiirendab ühiskond enne transgeensete taimede toodetena aktsepteerimist taimekasvatust ja vähendab sellega seotud tootmiskulusid.“
Dotsent Tomoko Igawa kohta Dr. Tomoko Ikawa on dotsent aianduse magistrikoolis, molekulaarsete taimeteaduste keskuses ja kosmosepõllumajanduse ja aianduse uuringute keskuses Chiba ülikoolis Jaapanis. Tema uurimishuvide hulka kuuluvad taimede suguline paljunemine ja areng ning taimebiotehnoloogia. Tema töö keskendub sugulise paljunemise ja taimerakkude diferentseerumise molekulaarsete mehhanismide mõistmisele, kasutades erinevaid transgeenseid süsteeme. Tal on nendes valdkondades mitu publikatsiooni ning ta on Jaapani taimebiotehnoloogia seltsi, Jaapani botaanikaseltsi, Jaapani taimearetusseltsi, Jaapani taimefüsioloogide seltsi ja rahvusvahelise taimede sugulise paljunemise uurimise seltsi liige.
Transgeensete rakkude autonoomne diferentseerumine ilma hormoonide välise kasutamiseta: endogeensete geenide ekspressioon ja fütohormoonide käitumine
Autorid kinnitavad, et uuring viidi läbi ilma igasuguste äriliste või finantssuheteta, mida võiks tõlgendada potentsiaalse huvide konfliktina.
Lahtiütlus: AAAS ja EurekAlert ei vastuta EurekAlertis avaldatud pressiteadete täpsuse eest! Teavet pakkuva organisatsiooni või EurekAlert süsteemi kaudu teabe mis tahes kasutamise eest.
Postituse aeg: 22. august 2024