მკვლევარები მცენარეთა უჯრედების დიფერენციაციის მაკონტროლებელი გენების ექსპრესიის რეგულირებით მცენარეთა რეგენერაციის ახალ მეთოდს ავითარებენ.

 სურათი: მცენარეთა რეგენერაციის ტრადიციული მეთოდები მოითხოვს მცენარის ზრდის რეგულატორების, როგორიცაა ჰორმონები, გამოყენებას, რომლებიც შეიძლება იყოს სახეობრივად სპეციფიკური და შრომატევადი. ახალ კვლევაში, მეცნიერებმა შეიმუშავეს მცენარეთა რეგენერაციის ახალი სისტემა მცენარეული უჯრედების დედიფერენციაციაში (უჯრედების პროლიფერაცია) და რედიფერენციაციაში (ორგანოგენეზი) ჩართული გენების ფუნქციისა და ექსპრესიის რეგულირებით. იხილეთ მეტი
მცენარეთა რეგენერაციის ტრადიციული მეთოდები მოითხოვს შემდეგი მეთოდების გამოყენებას:მცენარეთა ზრდის რეგულატორებიროგორიცააჰორმონიs, რომელიც შეიძლება იყოს სახეობრივად სპეციფიკური და შრომატევადი. ახალ კვლევაში მეცნიერებმა შეიმუშავეს მცენარის რეგენერაციის ახალი სისტემა მცენარეული უჯრედების დედიფერენციაციაში (უჯრედების პროლიფერაცია) და რედიფერენციაციაში (ორგანოგენეზი) ჩართული გენების ფუნქციისა და ექსპრესიის რეგულირებით.
მცენარეები მრავალი წლის განმავლობაში წარმოადგენდნენ ცხოველებისა და ადამიანების საკვების ძირითად წყაროს. გარდა ამისა, მცენარეები გამოიყენება სხვადასხვა ფარმაცევტული და თერაპიული ნაერთების მოსაპოვებლად. თუმცა, მათი ბოროტად გამოყენება და საკვებზე მზარდი მოთხოვნა ხაზს უსვამს მცენარეთა გამრავლების ახალი მეთოდების საჭიროებას. მცენარეთა ბიოტექნოლოგიის მიღწევებმა შეიძლება გადაჭრას მომავალი საკვების დეფიციტი გენმოდიფიცირებული (გმო) მცენარეების წარმოებით, რომლებიც უფრო პროდუქტიული და კლიმატის ცვლილების მიმართ მდგრადია.
ბუნებრივია, მცენარეებს შეუძლიათ ერთი „ტოტიპოტენტური“ უჯრედიდან (უჯრედი, რომელსაც შეუძლია მრავალი ტიპის უჯრედის წარმოქმნა) სრულიად ახალი მცენარეების რეგენერაცია დედიფერენციაციისა და რედიფერენციაციის გზით სხვადასხვა სტრუქტურისა და ფუნქციის მქონე უჯრედებად. ასეთი ტოტიპოტენტური უჯრედების ხელოვნური კონდიცირება მცენარეული ქსოვილის კულტურის მეშვეობით ფართოდ გამოიყენება მცენარეთა დაცვის, სელექციისთვის, ტრანსგენური სახეობების წარმოებისთვის და სამეცნიერო კვლევის მიზნებისთვის. ტრადიციულად, მცენარეთა რეგენერაციისთვის ქსოვილის კულტურა მოითხოვს მცენარეთა ზრდის რეგულატორების (GGR) გამოყენებას, როგორიცაა აუქსინები და ციტოკინინები, უჯრედების დიფერენციაციის კონტროლისთვის. თუმცა, ოპტიმალური ჰორმონალური პირობები შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს მცენარის სახეობის, კულტივირების პირობებისა და ქსოვილის ტიპის მიხედვით. ამიტომ, ოპტიმალური საკვლევი პირობების შექმნა შეიძლება იყოს დროისა და შრომისმოყვარე ამოცანა.
ამ პრობლემის გადასაჭრელად, ასოცირებულმა პროფესორმა ტომოკო იკავამ, ჩიბას უნივერსიტეტის ასოცირებულ პროფესორ მაი ფ. მინამიკავასთან, ნაგოიას უნივერსიტეტის ბიო-სასოფლო-სამეურნეო მეცნიერებათა ასპირანტურის პროფესორ ჰიტოში საკაკიბარასთან და RIKEN CSRS-ის ექსპერტ ტექნიკოს მიკიკო კოჯიმასთან ერთად, შეიმუშავა მცენარეთა კონტროლის უნივერსალური მეთოდი რეგულირების გზით. „განვითარებით რეგულირებადი“ (DR) უჯრედების დიფერენციაციის გენების ექსპრესია მცენარის რეგენერაციის მისაღწევად. 2024 წლის 3 აპრილს, ჟურნალ „Frontiers in Plant Science“-ის მე-15 ტომში გამოქვეყნებულ სტატიაში დოქტორმა იკავამ დამატებითი ინფორმაცია მოგვაწოდა მათი კვლევითი მუშაობის შესახებ და განაცხადა: „ჩვენი სისტემა არ იყენებს გარე PGR-ებს, არამედ იყენებს ტრანსკრიფციის ფაქტორის გენებს უჯრედების დიფერენციაციის კონტროლისთვის, ძუძუმწოვრებში ინდუცირებული პლურიპოტენტური უჯრედების მსგავსად“.
მკვლევარებმა ექტოპიურად გამოხატეს ორი DR გენი, BABY BOOM (BBM) და WUSCHEL (WUS), Arabidopsis thaliana-დან (გამოიყენეს როგორც სამოდელო მცენარე) და შეისწავლეს მათი გავლენა თამბაქოს, სალათის ფურცლისა და პეტუნიის ქსოვილოვანი კულტურის დიფერენციაციაზე. BBM აკოდირებს ტრანსკრიფციის ფაქტორს, რომელიც არეგულირებს ემბრიონულ განვითარებას, ხოლო WUS აკოდირებს ტრანსკრიფციის ფაქტორს, რომელიც ინარჩუნებს ღეროვანი უჯრედების იდენტურობას ყლორტის აპიკალური მერისტემის რეგიონში.
მათმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ მხოლოდ Arabidopsis BBM-ის ან WUS-ის ექსპრესია საკმარისი არ არის თამბაქოს ფოთლის ქსოვილში უჯრედების დიფერენციაციის ინდუცირებისთვის. ამის საპირისპიროდ, ფუნქციურად გაძლიერებული BBM-ის და ფუნქციურად მოდიფიცირებული WUS-ის თანაექსპრესია იწვევს ავტონომიური დიფერენციაციის დაჩქარებულ ფენოტიპს. PCR-ის გამოყენების გარეშე, ტრანსგენური ფოთლის უჯრედები დიფერენცირდებოდა კოჟრებად (დეზორგანიზებული უჯრედული მასა), მწვანე ორგანოს მსგავს სტრუქტურებად და შემთხვევით კვირტებად. გენის ტრანსკრიპტების რაოდენობრივი განსაზღვრის მეთოდი, რაოდენობრივი პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქციის (qPCR) ანალიზით, ნაჩვენები იყო, რომ Arabidopsis BBM-ის და WUS-ის ექსპრესია კორელაციაში იყო ტრანსგენური კოჟრებისა და ყლორტების წარმოქმნასთან.
უჯრედების დაყოფასა და დიფერენციაციაში ფიტოჰორმონების გადამწყვეტი როლის გათვალისწინებით, მკვლევრებმა ტრანსგენურ მცენარეულ კულტურებში ექვსი ფიტოჰორმონის, კერძოდ, აუქსინის, ციტოკინინის, აბსცისის მჟავას (ABA), გიბერელინის (GA), ჟასმონის მჟავას (JA), სალიცილის მჟავას (SA) და მისი მეტაბოლიტების დონეები განსაზღვრეს. მათმა შედეგებმა აჩვენა, რომ აქტიური აუქსინის, ციტოკინინის, ABA-ს და არააქტიური GA-ს დონეები იზრდება უჯრედების ორგანოებად დიფერენციაციისას, რაც ხაზს უსვამს მათ როლს მცენარის უჯრედების დიფერენციაციასა და ორგანოგენეზში.
გარდა ამისა, მკვლევარებმა გამოიყენეს რნმ-ის სეკვენირების ტრანსკრიპტომები, გენების ექსპრესიის თვისებრივი და რაოდენობრივი ანალიზის მეთოდი, რათა შეეფასებინათ გენების ექსპრესიის ნიმუშები ტრანსგენურ უჯრედებში, რომლებიც ავლენენ აქტიურ დიფერენციაციას. მათმა შედეგებმა აჩვენა, რომ უჯრედების პროლიფერაციასთან და აუქსინთან დაკავშირებული გენები გამდიდრებული იყო დიფერენციალურად რეგულირებადი გენებით. qPCR-ის გამოყენებით შემდგომმა კვლევამ აჩვენა, რომ ტრანსგენურ უჯრედებს ჰქონდათ ოთხი გენის გაზრდილი ან შემცირებული ექსპრესია, მათ შორის გენები, რომლებიც არეგულირებენ მცენარის უჯრედების დიფერენციაციას, მეტაბოლიზმს, ორგანოგენეზს და აუქსინზე პასუხს.
საერთო ჯამში, ეს შედეგები მცენარის რეგენერაციის ახალ და მრავალმხრივ მიდგომას ავლენს, რომელიც არ საჭიროებს PCR-ის გარეგან გამოყენებას. გარდა ამისა, კვლევაში გამოყენებულ სისტემას შეუძლია გააუმჯობესოს ჩვენი გაგება მცენარეთა უჯრედების დიფერენციაციის ფუნდამენტური პროცესების შესახებ და გააუმჯობესოს სასარგებლო მცენარეული სახეობების ბიოტექნოლოგიური შერჩევა.
თავისი ნაშრომის პოტენციურ გამოყენებაზე ხაზგასმით, დოქტორმა იკავამ განაცხადა: „აღნიშნულ სისტემას შეუძლია გააუმჯობესოს მცენარეთა სელექციონირება ტრანსგენური მცენარეული უჯრედების უჯრედული დიფერენციაციის ინდუცირების ინსტრუმენტის უზრუნველყოფით PCR-ის საჭიროების გარეშე. ამიტომ, სანამ ტრანსგენური მცენარეები პროდუქტებად იქნება მიღებული, საზოგადოება დააჩქარებს მცენარეთა სელექციონირებას და შეამცირებს მათთან დაკავშირებულ წარმოების ხარჯებს“.
ასოცირებული პროფესორის, ტომოკო იგავას შესახებ დოქტორი ტომოკო იკავა არის ასისტენტ-პროფესორი მებაღეობის სამაგისტრო სკოლაში, მოლეკულური მცენარეთა მეცნიერებების ცენტრში და კოსმოსური სოფლის მეურნეობისა და მებაღეობის კვლევის ცენტრში, ჩიბას უნივერსიტეტი, იაპონია. მისი კვლევითი ინტერესები მოიცავს მცენარეთა სქესობრივ გამრავლებასა და განვითარებას და მცენარეთა ბიოტექნოლოგიას. მისი ნაშრომები ფოკუსირებულია სქესობრივი გამრავლებისა და მცენარეთა უჯრედების დიფერენციაციის მოლეკულური მექანიზმების გაგებაზე სხვადასხვა ტრანსგენური სისტემების გამოყენებით. მას აქვს რამდენიმე პუბლიკაცია ამ სფეროებში და არის იაპონიის მცენარეთა ბიოტექნოლოგიის საზოგადოების, იაპონიის ბოტანიკური საზოგადოების, იაპონიის მცენარეთა სელექციონერების საზოგადოების, იაპონიის მცენარეთა ფიზიოლოგთა საზოგადოების და მცენარეთა სქესობრივი გამრავლების შესწავლის საერთაშორისო საზოგადოების წევრი.
ტრანსგენური უჯრედების ავტონომიური დიფერენციაცია ჰორმონების გარეგანი გამოყენების გარეშე: ენდოგენური გენების ექსპრესია და ფიტოჰორმონების ქცევა.
ავტორები აცხადებენ, რომ კვლევა ჩატარდა რაიმე კომერციული ან ფინანსური ურთიერთობის არარსებობის პირობებში, რაც შეიძლება განიმარტოს, როგორც ინტერესთა პოტენციური კონფლიქტი.
გაფრთხილება: AAAS და EurekAlert არ არიან პასუხისმგებელნი EurekAlert-ზე გამოქვეყნებული პრესრელიზების სიზუსტეზე! ინფორმაციის ნებისმიერი გამოყენება ინფორმაციის მიმწოდებელი ორგანიზაციის მიერ ან EurekAlert სისტემის მეშვეობით.