Mynd: Hefðbundnar aðferðir við endurnýjun plantna krefjast þess að notaðir séu plöntuvaxtastýringar eins og hormón, sem geta verið tegundasértæk og vinnufrek. Í nýrri rannsókn hafa vísindamenn þróað nýtt plöntuendurnýjunarkerfi með því að stjórna virkni og tjáningu gena sem taka þátt í aðgreiningu (frumufjölgun) og enduraðgreiningu (líffæramyndun) plöntufrumna. Skoða meira
Hefðbundnar aðferðir við endurnýjun plantna krefjast notkunarvaxtarstillir plantnasvo semhormóns, sem getur verið tegundasértæk og vinnufrek. Í nýrri rannsókn hafa vísindamenn þróað nýtt plöntuendurnýjunarkerfi með því að stjórna virkni og tjáningu gena sem taka þátt í aðgreiningu (frumufjölgun) og enduraðgreiningu (líffæramyndun) plöntufrumna.
Plöntur hafa verið aðal fæðugjafi dýra og manna í mörg ár. Að auki eru plönturnar notaðar til að vinna úr ýmsum lyfja- og lækningaefnasamböndum. Misnotkun þeirra og vaxandi eftirspurn eftir mat undirstrikar hins vegar þörfina fyrir nýjar plönturæktunaraðferðir. Framfarir í líftækni plantna gætu leyst matvælaskort í framtíðinni með því að framleiða erfðabreyttar plöntur sem eru afkastameiri og þola loftslagsbreytingar.
Plöntur geta náttúrulega endurnýjað alveg nýjar plöntur úr einni „totipotent“ frumu (frumu sem getur gefið af sér margar frumugerðir) með því að aðgreina og endurgreina frumur með mismunandi uppbyggingu og virkni. Gervi skilyrðing slíkra alhæfra frumna með plöntuvefjaræktun er mikið notuð til plöntuverndar, ræktunar, framleiðslu erfðabreyttra tegunda og í vísindarannsóknum. Hefð er fyrir því að vefjaræktun til endurnýjunar plantna krefst þess að notaðir séu plöntuvaxtastýringar (GGR), eins og auxín og cýtókínín, til að stjórna frumuaðgreiningu. Hins vegar geta ákjósanlegar hormónaaðstæður verið verulega mismunandi eftir plöntutegundum, ræktunarskilyrðum og vefjagerð. Þess vegna getur verið tímafrekt og vinnufrekt verkefni að búa til ákjósanlegar rannsóknaraðstæður.
Til að vinna bug á þessu vandamáli þróuðu dósent Tomoko Ikawa, ásamt Mai F. Minamikawa dósent frá Chiba háskólanum, prófessor Hitoshi Sakakibara frá Nagoya University Graduate School of Bio-Agricultural Sciences og Mikiko Kojima, sérfræðingur frá RIKEN CSRS, alhliða aðferð til að stjórna plöntum með reglugerð. Tjáning á „þroskunarstýrðum“ (DR) frumuaðgreiningargenum til að ná fram endurnýjun plantna. Dr. Ikawa, sem birt var í 15. bindi af Frontiers in Plant Science 3. apríl 2024, veitti frekari upplýsingar um rannsóknarvinnu sína, þar sem hann sagði: "Kerfið okkar notar ekki utanaðkomandi PGRs, en notar þess í stað umritunarþáttargen til að stjórna frumuaðgreiningu. svipað og fjölhæfar frumur framkallaðar í spendýrum."
Rannsakendur tjáðu tvö DR gen, BABY BOOM (BBM) og WUSCHEL (WUS), frá Arabidopsis thaliana (notað sem fyrirmynd plantna) og skoðuðu áhrif þeirra á vefjaræktunaraðgreiningu á tóbaki, káli og petunia. BBM umritar umritunarþátt sem stjórnar fósturþroska, en WUS umritar umritunarþátt sem viðheldur stofnfrumueiginleika á svæðinu við apical meristem sprota.
Tilraunir þeirra sýndu að tjáning á Arabidopsis BBM eða WUS eitt og sér nægir ekki til að framkalla frumuaðgreiningu í tóbaksblaðavef. Aftur á móti veldur samtjáning á virknibættri BBM og virknibreyttu WUS hraðari sjálfstætt aðgreiningarsvipgerð. Án þess að nota PCR aðgreindust erfðabreyttar blaðfrumur í kall (óskipulagðan frumumassa), græna líffæralíka uppbyggingu og óvænta brum. Megindleg pólýmerasa keðjuverkun (qPCR) greining, aðferð sem notuð er til að mæla genaafrit, sýndi að Arabidopsis BBM og WUS tjáning tengdist myndun erfðabreyttra kalli og sprota.
Með hliðsjón af mikilvægu hlutverki plöntuhormóna í frumuskiptingu og aðgreiningu, magngreindu rannsakendur magn sex jurtahormóna, þ.e. auxin, cýtókínín, abscisic sýru (ABA), gibberellín (GA), jasmónsýra (JA), salisýlsýra (SA) og umbrotsefni hennar í erfðabreyttum plönturæktun. Niðurstöður þeirra sýndu að magn virks auxíns, cýtókíníns, ABA og óvirks GA eykst eftir því sem frumur aðgreina sig í líffæri, sem undirstrikar hlutverk þeirra í aðgreiningu plöntufrumna og líffæramyndun.
Að auki notuðu vísindamennirnir RNA raðgreiningu umrita, aðferð til eigindlegrar og megindlegrar greiningar á tjáningu gena, til að meta mynstur genatjáningar í erfðabreyttum frumum sem sýna virka aðgreiningu. Niðurstöður þeirra sýndu að gen sem tengdust frumufjölgun og auxíni voru auðguð á mismunastýrðum genum. Frekari athugun með því að nota qPCR leiddi í ljós að erfðabreyttu frumurnar höfðu aukið eða dregið úr tjáningu fjögurra gena, þar á meðal gena sem stjórna aðgreiningu plöntufrumna, umbrotum, lífrænum uppruna og auxínsvörun.
Á heildina litið sýna þessar niðurstöður nýja og fjölhæfa nálgun við endurnýjun plantna sem krefst ekki utanaðkomandi notkunar PCR. Að auki getur kerfið sem notað er í þessari rannsókn bætt skilning okkar á grundvallarferlum aðgreiningar plöntufrumna og bætt líftæknilegt val á nytsamlegum plöntutegundum.
Dr. Ikawa, sem benti á hugsanlega notkunarmöguleika vinnu sinnar, sagði: "Tilkynnt kerfi gæti bætt plönturæktun með því að bjóða upp á tól til að framkalla frumuaðgreiningu erfðabreyttra plöntufrumna án þess að þörf sé á PCR. Þess vegna, áður en erfðabreyttar plöntur eru samþykktar sem afurðir, mun samfélagið flýta fyrir ræktun plantna og draga úr tengdum framleiðslukostnaði."
Um dósent Tomoko Igawa Dr. Tomoko Ikawa er dósent við framhaldsnám í garðyrkju, Miðstöð sameindaplöntuvísinda og Miðstöð geimræktunar- og garðyrkjurannsókna við Chiba-háskóla í Japan. Rannsóknarhagsmunir hennar fela í sér kynæxlun og þróun plantna og líftækni plantna. Verk hennar beinast að því að skilja sameindaferla kynæxlunar og frumudreifingar plantna með því að nota ýmis erfðabreyttar kerfi. Hún hefur gefið út nokkrar ritrýndar greinar á þessum sviðum og er meðlimur í Japanska félaginu um plöntulíftækni, Grasafræðifélaginu í Japan, Japanska plönturæktunarfélaginu, Japanska félaginu um plöntulífeðlisfræðinga og Alþjóðafélaginu um rannsóknir á kynæxlun plantna.
Sjálfvirk aðgreining erfðabreyttra frumna án utanaðkomandi notkunar hormóna: tjáning innrænna gena og hegðun plöntuhormóna
Höfundar lýsa því yfir að rannsóknin hafi verið gerð án viðskipta- eða fjárhagstengsla sem gætu talist hugsanlegur hagsmunaárekstrar.
Fyrirvari: AAAS og EurekAlert bera ekki ábyrgð á nákvæmni fréttatilkynninga sem birtar eru á EurekAlert! Öll notkun upplýsinga hjá fyrirtækinu sem gefur upplýsingarnar eða í gegnum EurekAlert kerfið.
Birtingartími: 22. ágúst 2024