Os investigadores están a desenvolver un novo método de rexeneración vexetal mediante a regulación da expresión de xenes que controlan a diferenciación das células vexetais.

 Imaxe: Os métodos tradicionais de rexeneración de plantas requiren o uso de reguladores do crecemento vexetal como as hormonas, que poden ser específicos da especie e requirir moito traballo. Nun novo estudo, os científicos desenvolveron un novo sistema de rexeneración de plantas mediante a regulación da función e a expresión dos xenes implicados na desdiferenciación (proliferación celular) e a rediferenciación (organoxénese) das células vexetais. Ver máis
Os métodos tradicionais de rexeneración vexetal requiren o uso dereguladores do crecemento das plantascomohormonas, que poden ser específicos da especie e requirir moito traballo. Nun novo estudo, os científicos desenvolveron un novo sistema de rexeneración vexetal mediante a regulación da función e a expresión dos xenes implicados na desdiferenciación (proliferación celular) e a rediferenciación (organoxénese) das células vexetais.
As plantas foron a principal fonte de alimento para animais e humanos durante moitos anos. Ademais, as plantas utilízanse para extraer diversos compostos farmacéuticos e terapéuticos. Non obstante, o seu mal uso e a crecente demanda de alimentos poñen de manifesto a necesidade de novos métodos de mellora vexetal. Os avances na biotecnoloxía vexetal poderían resolver a futura escaseza de alimentos producindo plantas modificadas xeneticamente (GM) que sexan máis produtivas e resistentes ao cambio climático.
Naturalmente, as plantas poden rexenerar plantas completamente novas a partir dunha única célula "totipotente" (unha célula que pode dar lugar a múltiples tipos de células) mediante a desdiferenciación e a rediferenciación en células con diferentes estruturas e funcións. O condicionamento artificial destas células totipotentes mediante o cultivo de tecidos vexetais úsase amplamente para a protección vexetal, a mellora, a produción de especies transxénicas e con fins de investigación científica. Tradicionalmente, o cultivo de tecidos para a rexeneración de plantas require o uso de reguladores do crecemento vexetal (GGR), como auxinas e citocininas, para controlar a diferenciación celular. Non obstante, as condicións hormonais óptimas poden variar significativamente dependendo da especie vexetal, as condicións de cultivo e o tipo de tecido. Polo tanto, crear condicións de exploración óptimas pode ser unha tarefa que require moito tempo e traballo.
Para superar este problema, a profesora asociada Tomoko Ikawa, xunto coa profesora asociada Mai F. Minamikawa da Universidade de Chiba, o profesor Hitoshi Sakakibara da Escola de Posgrao de Ciencias Bioagrícolas da Universidade de Nagoya e Mikiko Kojima, técnica experta de RIKEN CSRS, desenvolveron un método universal para o control das plantas mediante a regulación. Expresión de xenes de diferenciación celular "regulados polo desenvolvemento" (DR) para lograr a rexeneración das plantas. Publicado no Volume 15 de Frontiers in Plant Science o 3 de abril de 2024, o Dr. Ikawa proporcionou máis información sobre o seu traballo de investigación, afirmando: "O noso sistema non usa PGR externos, senón que usa xenes de factores de transcrición para controlar a diferenciación celular, de xeito similar ás células pluripotentes inducidas en mamíferos".
Os investigadores expresaron ectopicamente dous xenes DR, BABY BOOM (BBM) e WUSCHEL (WUS), de *Arabidopsis thaliana* (usada como planta modelo) e examinaron o seu efecto na diferenciación de cultivos de tecidos de tabaco, leituga e petunia. BBM codifica un factor de transcrición que regula o desenvolvemento embrionario, mentres que WUS codifica un factor de transcrición que mantén a identidade das células nai na rexión do meristema apical do brote.
Os seus experimentos demostraron que a expresión de BBM ou WUS de Arabidopsis por si soa non é suficiente para inducir a diferenciación celular no tecido foliar do tabaco. Pola contra, a coexpresión de BBM funcionalmente mellorada e WUS funcionalmente modificado induce un fenotipo de diferenciación autónoma acelerado. Sen o uso de PCR, as células foliares transxénicas diferenciáronse en callos (masa celular desorganizada), estruturas verdes semellantes a órganos e xemas adventicias. A análise da reacción en cadea da polimerase cuantitativa (qPCR), un método empregado para cuantificar as transcricións xénicas, mostrou que a expresión de BBM e WUS de Arabidopsis se correlacionaba coa formación de callos e gromos transxénicos.
Tendo en conta o papel crucial das fitohormonas na división e diferenciación celular, os investigadores cuantificaron os niveis de seis fitohormonas, concretamente auxina, citocinina, ácido abscísico (ABA), xiberelina (GA), ácido xasmónico (JA), ácido salicílico (SA) e os seus metabolitos en cultivos vexetais transxénicos. Os seus resultados mostraron que os niveis de auxina activa, citocinina, ABA e GA inactiva aumentan a medida que as células se diferencian en órganos, o que destaca o seu papel na diferenciación das células vexetais e na organoxénese.
Ademais, os investigadores empregaron transcriptomas de secuenciación de ARN, un método para a análise cualitativa e cuantitativa da expresión xénica, para avaliar os patróns de expresión xénica en células transxénicas que presentan unha diferenciación activa. Os seus resultados mostraron que os xenes relacionados coa proliferación celular e a auxina estaban enriquecidos en xenes regulados diferencialmente. Un exame posterior mediante qPCR revelou que as células transxénicas tiñan unha expresión aumentada ou diminuída de catro xenes, incluídos xenes que regulan a diferenciación das células vexetais, o metabolismo, a organoxénese e a resposta á auxina.
En xeral, estes resultados revelan unha nova e versátil estratexia para a rexeneración de plantas que non require a aplicación externa de PCR. Ademais, o sistema empregado neste estudo pode mellorar a nosa comprensión dos procesos fundamentais da diferenciación das células vexetais e mellorar a selección biotecnolóxica de especies vexetais útiles.
Destacando as posibles aplicacións do seu traballo, o Dr. Ikawa afirmou: «O sistema descrito podería mellorar a mellora vexetal ao proporcionar unha ferramenta para inducir a diferenciación celular de células vexetais transxénicas sen necesidade de PCR. Polo tanto, antes de que as plantas transxénicas sexan aceptadas como produtos, a sociedade acelerará a mellora vexetal e reducirá os custos de produción asociados».
Sobre a profesora asociada Tomoko Igawa A doutora Tomoko Ikawa é profesora adxunta na Escola de Graduados de Horticultura, no Centro de Ciencias Moleculares das Plantas e no Centro de Investigación Espacial en Agricultura e Horticultura da Universidade de Chiba, no Xapón. Os seus intereses de investigación inclúen a reprodución sexual e o desenvolvemento das plantas e a biotecnoloxía vexetal. O seu traballo céntrase na comprensión dos mecanismos moleculares da reprodución sexual e a diferenciación das células vexetais mediante diversos sistemas transxénicos. Ten varias publicacións nestes campos e é membro da Sociedade Xaponesa de Biotecnoloxía Vexetal, da Sociedade Botánica do Xapón, da Sociedade Xaponesa de Mellora Vexetal, da Sociedade Xaponesa de Fisiólogos Vexetais e da Sociedade Internacional para o Estudo da Reprodución Sexual Vexetal.
Diferenciación autónoma de células transxénicas sen uso externo de hormonas: expresión de xenes endóxenos e comportamento das fitohormonas
Os autores declaran que a investigación se realizou en ausencia de calquera relación comercial ou financeira que puidese interpretarse como un posible conflito de intereses.
Aviso legal: AAAS e EurekAlert non se responsabilizan da exactitude dos comunicados de prensa publicados en EurekAlert. Calquera uso da información por parte da organización que a proporciona ou a través do sistema EurekAlert é admisible.