Pilt: Traditsioonilised taimede regenereerimise meetodid nõuavad taimede kasvuregulaatorite, näiteks hormoonide kasutamist, mis võivad olla liigispetsiifilised ja töömahukad. Uues uuringus on teadlased välja töötanud uue taimede regenereerimise süsteemi, reguleerides taimerakkude dediferentseerumise (rakkude proliferatsiooni) ja uuesti diferentseerumise (organogeneesi) geenide funktsiooni ja ekspressiooni. Vaata rohkem
Traditsioonilised taimede regenereerimise meetodid nõuavad kasutamisttaimede kasvuregulaatoridnagu näitekshormoons, mis võivad olla liigispetsiifilised ja töömahukad. Uues uuringus on teadlased välja töötanud uue taimede regenereerimise süsteemi, reguleerides taimerakkude dediferentseerumise (rakkude proliferatsiooni) ja uuesti diferentseerumise (organogeneesi) geenide funktsiooni ja ekspressiooni.
Taimed on olnud loomade ja inimeste peamine toiduallikas juba aastaid. Lisaks kasutatakse taimi erinevate ravim- ja raviühendite ekstraheerimiseks. Kuid nende väärkasutamine ja kasvav nõudlus toidu järele rõhutavad vajadust uute sordiaretusmeetodite järele. Taimede biotehnoloogia edusammud võivad lahendada tulevase toidupuuduse, luues geneetiliselt muundatud (GM) taimi, mis on produktiivsemad ja kliimamuutustele vastupidavamad.
Loomulikult saavad taimed regenereerida täiesti uusi taimi ühest "totipotentsest" rakust (rakk, mis võib tekitada mitut tüüpi rakku), dediferentseerudes ja uuesti diferentseerudes erineva struktuuri ja funktsiooniga rakkudeks. Selliste totipotentsete rakkude kunstlikku konditsioneerimist taimekoekultuuri abil kasutatakse laialdaselt taimekaitseks, aretuseks, transgeensete liikide tootmiseks ja teadusuuringuteks. Traditsiooniliselt nõuab taimede regenereerimiseks mõeldud koekultuur rakkude diferentseerumise kontrollimiseks taimede kasvuregulaatorite (GGR), nagu auksiinid ja tsütokiniinid, kasutamist. Optimaalsed hormonaalsed tingimused võivad aga olenevalt taimeliigist, kultiveerimistingimustest ja koetüübist oluliselt erineda. Seetõttu võib optimaalsete uurimistingimuste loomine olla aega- ja töömahukas ülesanne.
Selle probleemi lahendamiseks töötas dotsent Tomoko Ikawa koos dotsent Mai F. Minamikawaga Chiba ülikoolist, professor Hitoshi Sakakibaraga Nagoya ülikooli biopõllumajandusteaduste kõrgkoolist ja RIKEN CSRSi eksperttehniku Mikiko Kojimaga välja universaalse taimekontrolli meetodi. "Arenguliselt reguleeritud" (DR) raku diferentseerumisgeenide ekspressioon taimede regenereerimise saavutamiseks. Dr Ikawa, mis avaldati 3. aprillil 2024 ajakirja Frontiers in Plant Science 15. köites, andis nende uurimistöö kohta lisateavet, öeldes: "Meie süsteem ei kasuta väliseid PGR-e, vaid kasutab rakkude diferentseerumise kontrollimiseks transkriptsioonifaktori geene. Sarnaselt imetajatel indutseeritud pluripotentsete rakkudega."
Teadlased ekspresseerisid ektoopiliselt kahte DR-geeni, BABY BOOM (BBM) ja WUSCHEL (WUS), pärit Arabidopsis thaliana (kasutatakse mudeltaimena) ja uurisid nende mõju tubaka, salati ja petuunia koekultuuride 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 BBM või WUS ekspressioon üksi ei ole tubakalehtede koes rakkude diferentseerumise esilekutsumiseks piisav. Seevastu funktsionaalselt täiustatud BBM-i ja funktsionaalselt modifitseeritud WUS-i koosekspressioon kutsub esile kiirendatud autonoomse diferentseerumise fenotüübi. Ilma PCR-i kasutamata diferentseerusid transgeensed leherakud kalluseks (organiseerimata rakumassiks), rohelisteks organitaolisteks struktuurideks ja juhuslikeks pungadeks. Kvantitatiivse polümeraasi ahelreaktsiooni (qPCR) analüüs, meetod, mida kasutatakse geenitranskriptide kvantifitseerimiseks, näitas, et Arabidopsis BBM ja WUS ekspressioon korreleerus transgeensete kaljude ja võrsete moodustumisega.
Arvestades fütohormoonide olulist rolli rakkude jagunemisel ja diferentseerumisel, kvantifitseerisid teadlased kuue fütohormooni, nimelt auksiini, tsütokiniini, abstsitsiinhappe (ABA), giberelliini (GA), jasmoonhappe (JA), salitsüülhappe (SA) ja selle metaboliitide tasemed transgeensetes taimedes. Nende tulemused näitasid, et aktiivse auksiini, tsütokiniini, ABA ja inaktiivse GA tasemed suurenevad, kui rakud diferentseeruvad elunditeks, rõhutades nende rolli taimerakkude diferentseerumises ja organogeneesis.
Lisaks kasutasid teadlased RNA sekveneerimise transkriptoome, geeniekspressiooni kvalitatiivse ja kvantitatiivse analüüsi meetodit, et hinnata geeniekspressiooni mustreid transgeensetes rakkudes, millel on aktiivne diferentseerumine. Nende tulemused näitasid, et rakkude proliferatsiooni ja auksiiniga seotud geenid olid rikastatud erinevalt reguleeritud geenidega. Täiendav uurimine qPCR-i abil näitas, et transgeensed rakud olid suurendanud või vähendanud nelja geeni ekspressiooni, sealhulgas geenid, mis reguleerivad taimerakkude diferentseerumist, metabolismi, organogeneesi ja auksiini vastust.
Üldiselt näitavad need tulemused uut ja mitmekülgset lähenemisviisi taimede regenereerimisele, mis ei nõua PCR-i välist rakendamist. Lisaks võib selles uuringus kasutatav süsteem parandada meie arusaamist taimerakkude diferentseerumise põhiprotsessidest ja parandada kasulike taimeliikide biotehnoloogilist valikut.
Oma töö võimalikke rakendusi esile tõstes ütles dr Ikawa: "Teatatud süsteem võib parandada sordiaretust, pakkudes vahendit transgeensete taimerakkude rakkude diferentseerumiseks, ilma et oleks vaja PCR-i. Seetõttu kiirendab ühiskond enne transgeensete taimede toodetena aktsepteerimist sordiaretust ja vähendab sellega seotud tootmiskulusid."
Dotsent Tomoko Igawast Dr Tomoko Ikawa on Jaapani Chiba ülikooli aianduskooli, molekulaartaimede teaduste keskuse ning kosmosepõllumajanduse ja aianduse uurimiskeskuse dotsent. Tema uurimisvaldkonnad on taimede seksuaalne paljunemine ja arendamine ning taimede biotehnoloogia. Tema töö keskendub seksuaalse paljunemise ja taimerakkude diferentseerumise molekulaarsete mehhanismide mõistmisele erinevate transgeensete süsteemide abil. Tal on nendes valdkondades mitmeid publikatsioone ning ta on Jaapani Taimede Biotehnoloogia Seltsi, Jaapani Botaanika Seltsi, Jaapani Taimekasvatuse Seltsi, Jaapani Taimefüsioloogide Seltsi ja Rahvusvahelise Taimede Seksuaalse Paljunemise Uurimise Ühingu 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 finantssuhete puudumisel, mida võiks tõlgendada potentsiaalse huvide konfliktina.
Kohustustest loobumine: AAAS ja EurekAlert ei vastuta EurekAlertis avaldatud pressiteadete täpsuse eest! Teabe igasugune kasutamine teavet edastava organisatsiooni poolt või süsteemi EurekAlert kaudu.
Postitusaeg: 22. august 2024