محققان با تنظیم بیان ژن‌هایی که تمایز سلول‌های گیاهی را کنترل می‌کنند، روش جدیدی برای بازسازی گیاهان ایجاد می‌کنند.

 تصویر: روش‌های سنتی بازسازی گیاه نیاز به استفاده از تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی مانند هورمون‌ها دارد که می‌تواند مختص گونه‌ها و کار فشرده باشد. در مطالعه‌ای جدید، دانشمندان با تنظیم عملکرد و بیان ژن‌های دخیل در تمایز زدایی (تکثیر سلولی) و تمایز مجدد (ارگان‌زایی) سلول‌های گیاهی، سیستم جدیدی برای بازسازی گیاهان ایجاد کرده‌اند. مشاهده بیشتر
روش های سنتی باززایی گیاه نیاز به استفاده ازتنظیم کننده های رشد گیاهمانندهورمونs، که می تواند گونه خاص و کار فشرده باشد. در مطالعه‌ای جدید، دانشمندان با تنظیم عملکرد و بیان ژن‌های دخیل در تمایز زدایی (تکثیر سلولی) و تمایز مجدد (ارگان‌زایی) سلول‌های گیاهی، سیستم جدیدی برای بازسازی گیاهان ایجاد کرده‌اند.
گیاهان سال هاست که منبع اصلی غذای حیوانات و انسان ها بوده اند. علاوه بر این، از گیاهان برای استخراج ترکیبات دارویی و درمانی مختلف استفاده می شود. با این حال، استفاده نادرست و تقاضای فزاینده آنها برای غذا، نیاز به روش های جدید پرورش گیاهان را برجسته می کند. پیشرفت‌ها در بیوتکنولوژی گیاهی می‌تواند کمبود مواد غذایی در آینده را با تولید گیاهان اصلاح‌شده ژنتیکی (GM) که در برابر تغییرات آب و هوایی مولدتر و انعطاف‌پذیرتر هستند، برطرف کند.
به طور طبیعی، گیاهان می‌توانند گیاهان کاملاً جدیدی را از یک سلول «کلمه‌توان» (سلولی که می‌تواند چندین نوع سلول ایجاد کند) را با تمایززدایی و تمایز مجدد به سلول‌هایی با ساختارها و عملکردهای مختلف، بازسازی کنند. تهویه مصنوعی چنین سلول‌های قدرتمند از طریق کشت بافت گیاهی به طور گسترده برای حفاظت از گیاهان، اصلاح نژاد، تولید گونه‌های تراریخته و برای اهداف تحقیقاتی علمی استفاده می‌شود. به طور سنتی، کشت بافت برای بازسازی گیاه نیاز به استفاده از تنظیم کننده های رشد گیاهی (GGRs)، مانند اکسین ها و سیتوکینین ها، برای کنترل تمایز سلولی دارد. با این حال، شرایط بهینه هورمونی بسته به گونه گیاهی، شرایط کشت و نوع بافت می تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد. بنابراین، ایجاد شرایط اکتشاف بهینه می‌تواند کاری زمان‌بر و کار فشرده باشد.
برای غلبه بر این مشکل، دانشیار توموکو ایکاوا، همراه با استادیار مای اف. مینامیکاوا از دانشگاه چیبا، پروفسور هیتوشی ساکاکیبارا از دانشکده تحصیلات تکمیلی علوم زیستی کشاورزی دانشگاه ناگویا و میکیکو کوجیما، تکنسین خبره از RIKEN CSRS، یک روش تنظیم جهانی برای کنترل گیاه را توسعه دادند. بیان ژن های تمایز سلولی "تنظیم شده در توسعه" (DR) برای دستیابی به بازسازی گیاه. دکتر ایکاوا که در جلد 15 از Frontiers in Plant Science در 3 آوریل 2024 منتشر شد، اطلاعات بیشتری در مورد کار تحقیقاتی خود ارائه کرد و اظهار داشت: "سیستم ما از PGR های خارجی استفاده نمی کند، بلکه در عوض از ژن های فاکتور رونویسی برای کنترل تمایز سلولی استفاده می کند. مشابه سلول های پرتوان القا شده در پستانداران."
محققان به صورت خارج رحمی دو ژن DR، BABY BOOM (BBM) و WUSCHEL (WUS) را از Arabidopsis thaliana (که به عنوان گیاه مدل استفاده می‌شود) بیان کردند و تأثیر آن‌ها را بر تمایز کشت بافت تنباکو، کاهو و گل اطلسی بررسی کردند. BBM یک فاکتور رونویسی را رمزگذاری می کند که رشد جنینی را تنظیم می کند، در حالی که WUS یک فاکتور رونویسی را رمزگذاری می کند که هویت سلول های بنیادی را در ناحیه مریستم آپیکال ساقه حفظ می کند.
آزمایشات آنها نشان داد که بیان آرابیدوپسیس BBM یا WUS به تنهایی برای القای تمایز سلولی در بافت برگ تنباکو کافی نیست. در مقابل، بیان همزمان BBM افزایش‌یافته عملکردی و WUS اصلاح‌شده عملکردی باعث ایجاد فنوتیپ تمایز مستقل تسریع‌شده می‌شود. بدون استفاده از PCR، سلول های برگ تراریخته به کالوس (توده سلولی نامرتب)، ساختارهای اندام مانند سبز و جوانه های ناخواسته تمایز یافتند. تجزیه و تحلیل کمی واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (qPCR)، روشی که برای تعیین کمیت رونوشت‌های ژنی استفاده می‌شود، نشان داد که بیان آرابیدوپسیس BBM و WUS با تشکیل کالوس‌ها و شاخه‌های تراریخته همبستگی دارد.
با توجه به نقش حیاتی فیتوهورمون‌ها در تقسیم و تمایز سلولی، محققان سطوح شش هورمون گیاهی به نام‌های اکسین، سیتوکینین، اسید آبسیزیک (ABA)، جیبرلین (GA)، اسید جاسمونیک (JA)، اسید سالیسیلیک (SA) و متابولیت‌های گیاهی آن را در ترانس‌ژن تعیین کردند. نتایج آنها نشان داد که سطوح اکسین فعال، سیتوکینین، ABA و GA غیر فعال با تمایز سلول ها به اندام ها افزایش می یابد و نقش آنها را در تمایز سلول های گیاهی و اندامزایی برجسته می کند.
علاوه بر این، محققان از رونوشت‌های توالی‌یابی RNA، روشی برای تجزیه و تحلیل کمی و کیفی بیان ژن، برای ارزیابی الگوهای بیان ژن در سلول‌های تراریخته که تمایز فعال را نشان می‌دهند، استفاده کردند. نتایج آنها نشان داد که ژن‌های مربوط به تکثیر سلولی و اکسین در ژن‌های تنظیم‌شده متفاوت غنی شده‌اند. بررسی بیشتر با استفاده از qPCR نشان داد که سلول‌های تراریخته بیان چهار ژن، از جمله ژن‌هایی که تمایز سلول‌های گیاهی، متابولیسم، اندام‌زایی و پاسخ اکسین را تنظیم می‌کنند، افزایش یا کاهش داده‌اند.
به طور کلی، این نتایج یک رویکرد جدید و همه کاره را برای بازسازی گیاهان نشان می دهد که نیازی به کاربرد خارجی PCR ندارد. علاوه بر این، سیستم مورد استفاده در این مطالعه ممکن است درک ما را از فرآیندهای اساسی تمایز سلول های گیاهی بهبود بخشد و انتخاب بیوتکنولوژیکی گونه های گیاهی مفید را بهبود بخشد.
دکتر ایکاوا با تاکید بر کاربردهای بالقوه کار خود گفت: "سیستم گزارش شده می تواند با ارائه ابزاری برای القای تمایز سلولی سلول های گیاهی تراریخته بدون نیاز به PCR، اصلاح نژاد گیاهان را بهبود بخشد. بنابراین، قبل از اینکه گیاهان تراریخته به عنوان محصول پذیرفته شوند، جامعه به اصلاح گیاهان سرعت می بخشد و هزینه های تولید مرتبط را کاهش می دهد."
درباره دانشیار توموکو ایگاوا دکتر توموکو ایکاوا استادیار دانشکده عالی باغبانی، مرکز علوم گیاهان مولکولی، و مرکز تحقیقات کشاورزی و باغبانی فضایی، دانشگاه چیبا، ژاپن است. علایق تحقیقاتی او شامل تولید مثل و توسعه جنسی گیاهان و بیوتکنولوژی گیاهی است. کار او بر درک مکانیسم‌های مولکولی تولید مثل جنسی و تمایز سلول‌های گیاهی با استفاده از سیستم‌های مختلف تراریخته متمرکز است. او دارای چندین نشریه در این زمینه ها است و عضو انجمن بیوتکنولوژی گیاهی ژاپن، انجمن گیاه شناسی ژاپن، انجمن اصلاح نباتات ژاپن، انجمن فیزیولوژیست های گیاهی ژاپن و انجمن بین المللی مطالعه تولید مثل جنسی گیاهان است.
تمایز مستقل سلول های تراریخته بدون استفاده خارجی از هورمون ها: بیان ژن های درون زا و رفتار هورمون های گیاهی
نویسندگان اعلام می کنند که این تحقیق در غیاب هر گونه روابط تجاری یا مالی که می تواند به عنوان تضاد منافع بالقوه تعبیر شود، انجام شده است.
سلب مسئولیت: AAAS و EurekAlert مسئولیتی در قبال صحت بیانیه های مطبوعاتی منتشر شده در EurekAlert ندارند! هرگونه استفاده از اطلاعات توسط سازمان ارائه دهنده اطلاعات یا از طریق سیستم EurekAlert.