تصویر: روش‌های سنتی باززایی گیاهان نیازمند استفاده از تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی مانند هورمون‌ها هستند که می‌توانند مختص گونه‌های مختلف بوده و به نیروی کار زیادی نیاز داشته باشند. در یک مطالعه جدید، دانشمندان با تنظیم عملکرد و بیان ژن‌های دخیل در تمایززدایی (تکثیر سلولی) و تمایزیابی مجدد (اندام‌زایی) سلول‌های گیاهی، یک سیستم باززایی گیاهی جدید توسعه داده‌اند. بیشتر ببینید
روش‌های سنتی باززایی گیاهان مستلزم استفاده ازتنظیم‌کننده‌های رشد گیاهیمانندهورمونs، که می‌تواند مختص گونه باشد و به نیروی کار زیادی نیاز داشته باشد. در یک مطالعه جدید، دانشمندان با تنظیم عملکرد و بیان ژن‌های دخیل در تمایززدایی (تکثیر سلولی) و تمایزیابی مجدد (اندام‌زایی) سلول‌های گیاهی، یک سیستم جدید باززایی گیاه ایجاد کرده‌اند.
گیاهان سال‌هاست که منبع اصلی غذا برای حیوانات و انسان‌ها بوده‌اند. علاوه بر این، از گیاهان برای استخراج ترکیبات دارویی و درمانی مختلف استفاده می‌شود. با این حال، سوء استفاده از آنها و تقاضای روزافزون برای غذا، نیاز به روش‌های جدید اصلاح نژاد گیاهان را برجسته می‌کند. پیشرفت‌ها در بیوتکنولوژی گیاهی می‌تواند با تولید گیاهان اصلاح ژنتیکی شده (GM) که پربارتر و مقاوم‌تر در برابر تغییرات اقلیمی هستند، کمبودهای غذایی آینده را حل کند.
به طور طبیعی، گیاهان می‌توانند با تمایززدایی و تمایز مجدد به سلول‌هایی با ساختارها و عملکردهای مختلف، گیاهان کاملاً جدیدی را از یک سلول «همه‌توان» (سلولی که می‌تواند انواع مختلفی از سلول‌ها را ایجاد کند) بازتولید کنند. آماده‌سازی مصنوعی چنین سلول‌های همه‌توان از طریق کشت بافت گیاهی به طور گسترده برای حفاظت از گیاهان، اصلاح نژاد، تولید گونه‌های تراریخته و برای اهداف تحقیقات علمی استفاده می‌شود. به طور سنتی، کشت بافت برای باززایی گیاه نیاز به استفاده از تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی (GGRs)، مانند اکسین‌ها و سیتوکینین‌ها، برای کنترل تمایز سلولی دارد. با این حال، شرایط هورمونی بهینه می‌تواند بسته به گونه گیاه، شرایط کشت و نوع بافت به طور قابل توجهی متفاوت باشد. بنابراین، ایجاد شرایط بهینه اکتشاف می‌تواند یک کار زمان‌بر و پرزحمت باشد.
برای غلبه بر این مشکل، دانشیار توموکو ایکاوا، به همراه دانشیار مای اف. مینامیکاوا از دانشگاه چیبا، پروفسور هیتوشی ساکاکیبارا از دانشکده تحصیلات تکمیلی علوم زیستی-کشاورزی دانشگاه ناگویا و میکیکو کوجیما، تکنسین متخصص از RIKEN CSRS، یک روش جهانی برای کنترل گیاه از طریق تنظیم بیان ژن‌های تمایز سلولی "تنظیم‌شده از نظر رشدی" (DR) برای دستیابی به باززایی گیاه توسعه دادند. دکتر ایکاوا که در جلد 15 مجله Frontiers in Plant Science در 3 آوریل 2024 منتشر شد، اطلاعات بیشتری در مورد کار تحقیقاتی خود ارائه داد و اظهار داشت: "سیستم ما از PGR های خارجی استفاده نمی‌کند، بلکه در عوض از ژن‌های فاکتور رونویسی برای کنترل تمایز سلولی استفاده می‌کند. مشابه سلول‌های پرتوان القا شده در پستانداران."
محققان دو ژن DR، BABY BOOM (BBM) و WUSCHEL (WUS)، را از گیاه Arabidopsis thaliana (که به عنوان گیاه مدل استفاده می‌شود) به صورت نابجا بیان کردند و تأثیر آنها را بر تمایز کشت بافتی تنباکو، کاهو و اطلسی بررسی کردند. BBM یک فاکتور رونویسی را کد می‌کند که رشد جنینی را تنظیم می‌کند، در حالی که WUS یک فاکتور رونویسی را کد می‌کند که هویت سلول‌های بنیادی را در ناحیه مریستم رأسی ساقه حفظ می‌کند.
آزمایش‌های آنها نشان داد که بیان BBM یا WUS در گیاه Arabidopsis به تنهایی برای القای تمایز سلولی در بافت برگ توتون کافی نیست. در مقابل، بیان همزمان BBM با عملکرد بهبود یافته و WUS با عملکرد اصلاح شده، فنوتیپ تمایز خودمختار تسریع شده را القا می‌کند. بدون استفاده از PCR، سلول‌های برگ تراریخته به کالوس (توده سلولی نامنظم)، ساختارهای اندام مانند سبز و جوانه‌های نابجا تمایز یافتند. تجزیه و تحلیل واکنش زنجیره‌ای پلیمراز کمی (qPCR)، روشی که برای تعیین کمیت رونوشت‌های ژن استفاده می‌شود، نشان داد که بیان BBM و WUS در گیاه Arabidopsis با تشکیل کالوس‌ها و شاخه‌های تراریخته مرتبط است.
با توجه به نقش حیاتی فیتوهورمون‌ها در تقسیم و تمایز سلولی، محققان سطح شش فیتوهورمون، یعنی اکسین، سیتوکینین، اسید آبسیزیک (ABA)، جیبرلین (GA)، اسید جاسمونیک (JA)، اسید سالیسیلیک (SA) و متابولیت‌های آن را در محصولات گیاهی تراریخته اندازه‌گیری کردند. نتایج آنها نشان داد که سطح اکسین فعال، سیتوکینین، ABA و GA غیرفعال با تمایز سلول‌ها به اندام‌ها افزایش می‌یابد و نقش آنها را در تمایز سلول‌های گیاهی و اندام‌زایی برجسته می‌کند.
علاوه بر این، محققان از رونوشت‌های توالی‌یابی RNA، روشی برای تجزیه و تحلیل کیفی و کمی بیان ژن، برای ارزیابی الگوهای بیان ژن در سلول‌های تراریخته‌ای که تمایز فعال را نشان می‌دهند، استفاده کردند. نتایج آنها نشان داد که ژن‌های مرتبط با تکثیر سلولی و اکسین در ژن‌های تنظیم‌شده‌ی افتراقی غنی شده‌اند. بررسی بیشتر با استفاده از qPCR نشان داد که سلول‌های تراریخته بیان چهار ژن را افزایش یا کاهش داده‌اند، از جمله ژن‌هایی که تمایز سلول‌های گیاهی، متابولیسم، اندام‌زایی و پاسخ به اکسین را تنظیم می‌کنند.
به طور کلی، این نتایج یک رویکرد جدید و همه‌کاره برای باززایی گیاهان را نشان می‌دهد که نیازی به کاربرد خارجی PCR ندارد. علاوه بر این، سیستم مورد استفاده در این مطالعه ممکن است درک ما از فرآیندهای اساسی تمایز سلول‌های گیاهی را بهبود بخشد و انتخاب بیوتکنولوژیکی گونه‌های گیاهی مفید را بهبود بخشد.
دکتر ایکاوا با برجسته کردن کاربردهای بالقوه کار خود گفت: «سیستم گزارش‌شده می‌تواند با ارائه ابزاری برای القای تمایز سلولی سلول‌های گیاهی تراریخته بدون نیاز به PCR، اصلاح نباتات را بهبود بخشد. بنابراین، قبل از اینکه گیاهان تراریخته به عنوان محصول پذیرفته شوند، جامعه اصلاح نباتات را سرعت بخشیده و هزینه‌های تولید مرتبط را کاهش خواهد داد.»
درباره دانشیار توموکو ایگاوا دکتر توموکو ایگاوا استادیار دانشکده تحصیلات تکمیلی باغبانی، مرکز علوم گیاهی مولکولی و مرکز تحقیقات کشاورزی فضایی و باغبانی، 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 چندین نشریه در این زمینه‌ها دارد و عضو انجمن بیوتکنولوژی گیاهی ژاپن، انجمن گیاه‌شناسی ژاپن، انجمن اصلاح نباتات ژاپن، انجمن فیزیولوژیست‌های گیاهی ژاپن و انجمن بین‌المللی مطالعه تولید مثل جنسی گیاهان است.
تمایز خودمختار سلول‌های تراریخته بدون استفاده خارجی از هورمون‌ها: بیان ژن‌های درون‌زا و رفتار فیتوهورمون‌ها
نویسندگان اظهار می‌دارند که این تحقیق در غیاب هرگونه رابطه تجاری یا مالی که می‌تواند به عنوان تضاد منافع بالقوه تعبیر شود، انجام شده است.
سلب مسئولیت: AAAS و EurekAlert مسئولیتی در قبال صحت اطلاعیه‌های مطبوعاتی منتشر شده در EurekAlert ندارند! هرگونه استفاده از اطلاعات توسط سازمان ارائه دهنده اطلاعات یا از طریق سیستم EurekAlert.
زمان ارسال: ۲۲ آگوست ۲۰۲۴