Attēls: Tradicionālās augu atjaunošanas metodes prasa izmantot augu augšanas regulatorus, piemēram, hormonus, kas var būt sugai specifiski un darbietilpīgi. Jaunā pētījumā zinātnieki ir izstrādājuši jaunu augu reģenerācijas sistēmu, regulējot augu šūnu dediferenciācijā (šūnu proliferācijā) un rediferenciācijā (organoģenēzē) iesaistīto gēnu darbību un ekspresiju. Skatīt vairāk
Tradicionālās augu atjaunošanas metodes prasa izmantotaugu augšanas regulatoripiemēram,hormonss, kas var būt sugai specifiskas un darbietilpīgas. Jaunā pētījumā zinātnieki ir izstrādājuši jaunu augu reģenerācijas sistēmu, regulējot augu šūnu dediferenciācijā (šūnu proliferācijā) un rediferenciācijā (organoģenēzē) iesaistīto gēnu darbību un ekspresiju.
Augi daudzus gadus ir bijuši galvenais dzīvnieku un cilvēku barības avots. Turklāt augus izmanto dažādu farmaceitisku un ārstniecisku savienojumu ekstrahēšanai. Tomēr to ļaunprātīga izmantošana un pieaugošais pieprasījums pēc pārtikas norāda uz nepieciešamību pēc jaunām augu selekcijas metodēm. Augu biotehnoloģijas sasniegumi varētu atrisināt nākotnes pārtikas trūkumu, ražojot ģenētiski modificētus (ĢM) augus, kas ir produktīvāki un noturīgāki pret klimata pārmaiņām.
Dabiski, ka augi var reģenerēt pilnīgi jaunus augus no vienas “totipotentas” šūnas (šūnas, kas var radīt vairākus šūnu tipus), dediferencējot un pārdiferencējot šūnās ar atšķirīgu struktūru un funkcijām. Šādu totipotentu šūnu mākslīgo kondicionēšanu, izmantojot augu audu kultūru, plaši izmanto augu aizsardzībā, selekcijā, transgēnu sugu ražošanā un zinātniskās pētniecības nolūkos. Tradicionāli audu kultūrai augu reģenerācijai ir nepieciešams izmantot augu augšanas regulatorus (GGR), piemēram, auksīnus un citokinīnus, lai kontrolētu šūnu diferenciāciju. Tomēr optimālie hormonālie apstākļi var ievērojami atšķirties atkarībā no augu sugas, audzēšanas apstākļiem un audu veida. Tāpēc optimālu izpētes apstākļu radīšana var būt laikietilpīgs un darbietilpīgs uzdevums.
Lai pārvarētu šo problēmu, asociētais profesors Tomoko Ikawa kopā ar asociēto profesori Mai F. Minamikawa no Čibas Universitātes, profesoru Hitoši Sakakibaru no Nagojas Universitātes Biolauksaimniecības zinātņu augstskolas un Mikiko Kodžimu, ekspertu no RIKEN CSRS, izstrādāja universālu augu kontroles metodi. "Attīstībā regulētu" (DR) šūnu diferenciācijas gēnu ekspresija, lai panāktu augu reģenerāciju. Dr. Ikawa, kas publicēts 2024. gada 3. aprīlī izdevuma Frontiers in Plant Science 15. sējumā, sniedza papildu informāciju par savu pētniecisko darbu, norādot: "Mūsu sistēma neizmanto ārējos PGR, bet gan izmanto transkripcijas faktoru gēnus, lai kontrolētu šūnu diferenciāciju. Līdzīgi kā pluripotentās šūnas, kas inducētas zīdītājiem."
Pētnieki ektopiski ekspresēja divus DR gēnus, BABY BOOM (BBM) un WUSCHEL (WUS), no Arabidopsis thaliana (izmantota kā paraugaugu) un pārbaudīja to ietekmi uz tabakas, salātu un petūnijas audu kultūras diferenciāciju. BBM kodē transkripcijas faktoru, kas regulē embriju attīstību, savukārt WUS kodē transkripcijas faktoru, kas uztur cilmes šūnu identitāti dzinuma apikālās meristēmas reģionā.
Viņu eksperimenti parādīja, ka Arabidopsis BBM vai WUS ekspresija vien nav pietiekama, lai izraisītu šūnu diferenciāciju tabakas lapu audos. Turpretim funkcionāli uzlabota BBM un funkcionāli modificēta WUS koekspresija izraisa paātrinātu autonomu diferenciācijas fenotipu. Neizmantojot PCR, transgēnās lapu šūnas diferencējās kallusā (neorganizētā šūnu masā), zaļās orgāniem līdzīgās struktūrās un nejaušos pumpuros. Kvantitatīvā polimerāzes ķēdes reakcijas (qPCR) analīze, metode, ko izmanto gēnu transkriptu kvantitatīvai noteikšanai, parādīja, ka Arabidopsis BBM un WUS ekspresija korelē ar transgēnu kauliņu un dzinumu veidošanos.
Ņemot vērā fitohormonu izšķirošo lomu šūnu dalīšanā un diferenciācijā, pētnieki kvantitatīvi noteica sešu fitohormonu, proti, auksīna, citokinīna, abscisīnskābes (ABA), giberelīna (GA), jasmonskābes (JA), salicilskābes (SA) un tās metabolītu līmeni transgēnu augu kultūrās. Viņu rezultāti parādīja, ka aktīvā auksīna, citokinīna, ABA un neaktīvā GA līmenis palielinās, šūnām diferencējoties orgānos, izceļot to lomu augu šūnu diferenciācijā un organoģenēzē.
Turklāt pētnieki izmantoja RNS sekvencēšanas transkriptus, gēnu ekspresijas kvalitatīvās un kvantitatīvās analīzes metodi, lai novērtētu gēnu ekspresijas modeļus transgēnās šūnās, kurām ir aktīva diferenciācija. Viņu rezultāti parādīja, ka gēni, kas saistīti ar šūnu proliferāciju un auksīnu, tika bagātināti ar atšķirīgi regulētiem gēniem. Turpmāka pārbaude, izmantojot qPCR, atklāja, ka transgēnās šūnas bija palielinājušas vai samazinājušas četru gēnu ekspresiju, tostarp gēnus, kas regulē augu šūnu diferenciāciju, vielmaiņu, organoģenēzi un auksīna reakciju.
Kopumā šie rezultāti atklāj jaunu un daudzpusīgu pieeju augu reģenerācijai, kurai nav nepieciešama ārēja PCR lietošana. Turklāt šajā pētījumā izmantotā sistēma var uzlabot mūsu izpratni par augu šūnu diferenciācijas pamatprocesiem un uzlabot derīgo augu sugu biotehnoloģisko atlasi.
Uzsverot sava darba potenciālos pielietojumus, Dr. Ikawa sacīja: "Ziņotā sistēma varētu uzlabot augu selekciju, nodrošinot instrumentu transgēno augu šūnu diferenciācijas ierosināšanai bez PCR. Tāpēc, pirms transgēnos augus pieņems kā produktus, sabiedrība paātrinās augu selekciju un samazinās saistītās ražošanas izmaksas."
Par asociēto profesoru Tomoko Igavu Dr. Tomoko Ikawa ir docents Dārzkopības augstskolā, Molekulāro augu zinātņu centrā un Kosmosa lauksaimniecības un dārzkopības pētniecības centrā, Čibas universitātē, Japānā. Viņas pētnieciskās intereses ir augu seksuālā pavairošana un attīstība un augu biotehnoloģija. Viņas darbs ir vērsts uz seksuālās reprodukcijas un augu šūnu diferenciācijas molekulāro mehānismu izpratni, izmantojot dažādas transgēnās sistēmas. Viņai ir vairākas publikācijas šajās jomās, un viņa ir Japānas Augu biotehnoloģijas biedrības, Japānas Botāniskās biedrības, Japānas augu selekcijas biedrības, Japānas augu fiziologu biedrības un Starptautiskās augu seksuālās reprodukcijas pētījumu biedrības biedre.
Transgēno šūnu autonoma diferenciācija bez ārējas hormonu izmantošanas: endogēno gēnu ekspresija un fitohormonu uzvedība
Autori paziņo, ka pētījums tika veikts, nepastāvot komerciālām vai finansiālām attiecībām, kuras varētu uzskatīt par potenciālu interešu konfliktu.
Atruna: AAAS un EurekAlert nav atbildīgi par EurekAlert publicēto preses relīžu precizitāti! Jebkāda informācijas izmantošana, ko veic organizācija, kas sniedz informāciju, vai izmantojot EurekAlert sistēmu.
Publicēšanas laiks: 22. augusts 2024