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

 Imaxe: os métodos tradicionais de rexeneración de plantas requiren o uso de reguladores do crecemento das plantas, como hormonas, que poden ser específicos da especie e requirir moito traballo. Nun novo estudo, os científicos desenvolveron un novo sistema de rexeneración vexetal regulando a función e a expresión dos xenes implicados na desdiferenciación (proliferación celular) e 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 de traballo intensivo. Nun novo estudo, os científicos desenvolveron un novo sistema de rexeneración vexetal regulando a función e a expresión dos xenes implicados na desdiferenciación (proliferación celular) e rediferenciación (organoxénese) das células vexetais.
As plantas foron a principal fonte de alimento para animais e humanos durante moitos anos. Ademais, as plantas úsanse para extraer varios compostos farmacéuticos e terapéuticos. Non obstante, o seu mal uso e a crecente demanda de alimentos destacan a necesidade de novos métodos de cultivo de plantas. Os avances na biotecnoloxía vexetal poderían resolver a futura escaseza de alimentos mediante a produción de 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 varios tipos celulares) desdiferenciando e rediferenciando células con diferentes estruturas e funcións. O acondicionamento artificial de tales células totipotentes mediante o cultivo de tecidos vexetais úsase amplamente para a protección vexetal, a reprodución, a produción de especies transxénicas e para 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 citoquininas, para controlar a diferenciación celular. Non obstante, as condicións hormonais óptimas poden variar significativamente dependendo da especie vexetal, das condicións de cultivo e do tipo de tecido. Polo tanto, a creación de condicións óptimas de exploración pode ser unha tarefa que require moito tempo e traballo.
Para superar este problema, o profesor asociado Tomoko Ikawa, xunto co profesor asociado 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, técnico experto 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 da planta. Publicado no volume 15 de Frontiers in Plant Science o 3 de abril de 2024, o doutor Ikawa proporcionou máis información sobre o seu traballo de investigación, afirmando: "O noso sistema non usa PGR externos, senón que usa xenes do factor de transcrición para controlar a diferenciación celular. similar ás células pluripotentes inducidas nos mamíferos".
Os investigadores expresaron ectópicamente dous xenes DR, BABY BOOM (BBM) e WUSCHEL (WUS), de Arabidopsis thaliana (utilizado como planta modelo) e examinaron o seu efecto na diferenciación do cultivo 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 Arabidopsis BBM ou WUS só non é suficiente para inducir a diferenciación celular no tecido da folla de tabaco. Pola contra, a coexpresión de BBM funcionalmente mellorada e WUS modificada funcionalmente induce un fenotipo de diferenciación autónoma acelerada. Sen o uso da PCR, as células transxénicas das follas diferenciáronse en callos (masa celular desorganizada), estruturas de tipo órgano verde e xemas adventicias. A análise cuantitativa da reacción en cadea da polimerase (qPCR), un método usado para cuantificar as transcricións de xenes, mostrou que a expresión de Arabidopsis BBM e WUS correlacionaba coa formación de callos e brotes transxénicos.
Considerando o papel crucial das fitohormonas na división e diferenciación celular, os investigadores cuantificaron os niveis de seis fitohormonas, a saber, auxina, citoquinina, ácido abscísico (ABA), xiberelina (GA), ácido xasmónico (JA), ácido salicílico (SA) e os seus metabolitos en cultivos de plantas transxénicas. Os seus resultados mostraron que os niveis de auxina activa, citoquinina, ABA e GA inactivo aumentan a medida que as células se diferencian en órganos, destacando o seu papel na diferenciación e organoxénese das células vexetais.
Ademais, os investigadores utilizaron 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 diferenciación activa. Os seus resultados mostraron que os xenes relacionados coa proliferación celular e coa auxina estaban enriquecidos en xenes regulados diferencialmente. Un exame adicional mediante qPCR revelou que as células transxénicas aumentaran ou diminuíron a expresión de catro xenes, incluídos os xenes que regulan a diferenciación das células vexetais, o metabolismo, a organoxénese e a resposta de auxinas.
En xeral, estes resultados revelan un enfoque novo e versátil para a rexeneración de plantas que non require a aplicación externa da PCR. Ademais, o sistema utilizado neste estudo pode mellorar a nosa comprensión dos procesos fundamentais de diferenciación de células vexetais e mellorar a selección biotecnolóxica de especies vexetais útiles.
Destacando as posibles aplicacións do seu traballo, o doutor Ikawa dixo: "O sistema informado podería mellorar o cultivo de plantas proporcionando unha ferramenta para inducir a diferenciación celular das células vexetais transxénicas sen necesidade de PCR. Polo tanto, antes de que as plantas transxénicas sexan aceptadas como produtos, a sociedade acelerará a mellora de plantas e reducirá os custos de produción asociados".
Sobre a profesora asociada Tomoko Igawa A doutora Tomoko Ikawa é profesora asistente da Escola de Posgrao de Horticultura, do Centro de Ciencias Moleculares das Plantas e do Centro de Investigación en Agricultura e Horticultura Espacial da Universidade de Chiba, 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 da diferenciación de células vexetais mediante varios sistemas transxénicos. Ten varias publicacións nestes campos e é membro da Sociedade Xaponesa de Biotecnoloxía Vexetal, da Sociedade Botánica de 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 levou a cabo en ausencia de relacións comerciais ou financeiras que puidesen ser interpretadas como un potencial conflito de intereses.
Descargo de responsabilidade: AAAS e EurekAlert non son responsables da precisión dos comunicados de prensa publicados en EurekAlert. Calquera uso da información por parte da organización que proporciona a información ou a través do sistema EurekAlert.