Els investigadors estan desenvolupant un nou mètode de regeneració de plantes mitjançant la regulació de l'expressió de gens que controlen la diferenciació de cèl·lules vegetals.

 Imatge: Els mètodes tradicionals de regeneració de plantes requereixen l'ús de reguladors del creixement de les plantes com les hormones, que poden ser específiques de l'espècie i requereixen mà d'obra. En un nou estudi, els científics han desenvolupat un nou sistema de regeneració de plantes mitjançant la regulació de la funció i l'expressió dels gens implicats en la desdiferenciació (proliferació cel·lular) i la rediferenciació (organogènesi) de cèl·lules vegetals. Veure més
Els mètodes tradicionals de regeneració de plantes requereixen l'ús dereguladors del creixement de les plantescom arahormonas, que poden ser específiques d'espècie i requereixen mà d'obra. En un nou estudi, els científics han desenvolupat un nou sistema de regeneració de plantes mitjançant la regulació de la funció i l'expressió dels gens implicats en la desdiferenciació (proliferació cel·lular) i la rediferenciació (organogènesi) de cèl·lules vegetals.
Les plantes han estat la principal font d'alimentació dels animals i dels humans durant molts anys. A més, les plantes s'utilitzen per extreure diversos compostos farmacèutics i terapèutics. Tanmateix, el seu mal ús i la creixent demanda d'aliments posen de manifest la necessitat de nous mètodes de millora vegetal. Els avenços en la biotecnologia vegetal podrien resoldre la futura escassetat d'aliments produint plantes modificades genèticament (GM) més productives i resistents al canvi climàtic.
Naturalment, les plantes poden regenerar plantes completament noves a partir d'una única cèl·lula "totipotent" (una cèl·lula que pot donar lloc a múltiples tipus de cèl·lules) desdiferenciant-se i rediferenciant-se en cèl·lules amb diferents estructures i funcions. El condicionament artificial d'aquestes cèl·lules totipotents mitjançant el cultiu de teixits vegetals s'utilitza àmpliament per a la protecció de plantes, la cria, la producció d'espècies transgèniques i amb finalitats d'investigació científica. Tradicionalment, el cultiu de teixits per a la regeneració de plantes requereix l'ús de reguladors del creixement de les plantes (GGR), com les auxines i les citoquinines, per controlar la diferenciació cel·lular. No obstant això, les condicions hormonals òptimes poden variar significativament segons l'espècie vegetal, les condicions de cultiu i el tipus de teixit. Per tant, crear condicions d'exploració òptimes pot ser una tasca que requereix molt de temps i mà d'obra.
Per superar aquest problema, la professora associada Tomoko Ikawa, juntament amb la professora associada Mai F. Minamikawa de la Universitat de Chiba, el professor Hitoshi Sakakibara de l'Escola de Postgrau de Ciències Bioagrícoles de la Universitat de Nagoya i Mikiko Kojima, un tècnic expert de RIKEN CSRS, van desenvolupar un mètode universal per al control de les plantes mitjançant la regulació. Expressió de gens de diferenciació cel·lular "regulats pel desenvolupament" (DR) per aconseguir la regeneració de les plantes. Publicat al volum 15 de Frontiers in Plant Science el 3 d'abril de 2024, el Dr. Ikawa va proporcionar més informació sobre el seu treball de recerca, afirmant: "El nostre sistema no utilitza PGR externs, sinó que utilitza gens de factors de transcripció per controlar la diferenciació cel·lular. similar a les cèl·lules pluripotents induïdes en mamífers".
Els investigadors van expressar ectòpicament dos gens DR, BABY BOOM (BBM) i WUSCHEL (WUS), d'Arabidopsis thaliana (utilitzat com a planta model) i van examinar el seu efecte en la diferenciació del cultiu de teixits de tabac, enciam i petúnia. BBM codifica un factor de transcripció que regula el desenvolupament embrionari, mentre que WUS codifica un factor de transcripció que manté la identitat de les cèl·lules mare a la regió del meristema apical del brot.
Els seus experiments van demostrar que l'expressió d'Arabidopsis BBM o WUS sola no és suficient per induir la diferenciació cel·lular en el teixit de la fulla de tabac. En canvi, la coexpressió de BBM millorat funcionalment i WUS modificada funcionalment indueix un fenotip de diferenciació autònom accelerat. Sense l'ús de PCR, les cèl·lules transgèniques de les fulles es van diferenciar en calls (massa cel·lular desorganitzada), estructures semblants a òrgans verds i brots adventius. L'anàlisi quantitativa de la reacció en cadena de la polimerasa (qPCR), un mètode utilitzat per quantificar les transcripcions gèniques, va demostrar que l'expressió d'Arabidopsis BBM i WUS es correlacionava amb la formació de calls i brots transgènics.
Tenint en compte el paper crucial de les fitohormones en la divisió i diferenciació cel·lular, els investigadors van quantificar els nivells de sis fitohormones, a saber, auxina, citoquinina, àcid abscísic (ABA), giberel·lina (GA), àcid jasmònic (JA), àcid salicílic (SA) i els seus metabòlits en cultius de plantes transgèniques. Els seus resultats van mostrar que els nivells d'auxina activa, citoquinina, ABA i GA inactiu augmenten a mesura que les cèl·lules es diferencien en òrgans, destacant el seu paper en la diferenciació de cèl·lules vegetals i l'organogènesi.
A més, els investigadors van utilitzar transcriptomes de seqüenciació d'ARN, un mètode d'anàlisi qualitativa i quantitativa de l'expressió gènica, per avaluar els patrons d'expressió gènica en cèl·lules transgèniques que presenten una diferenciació activa. Els seus resultats van mostrar que els gens relacionats amb la proliferació cel·lular i l'auxina estaven enriquits en gens regulats diferencialment. Un examen més detallat mitjançant qPCR va revelar que les cèl·lules transgèniques havien augmentat o disminuït l'expressió de quatre gens, inclosos els gens que regulen la diferenciació de cèl·lules vegetals, el metabolisme, l'organogènesi i la resposta a l'auxina.
En general, aquests resultats revelen un enfocament nou i versàtil per a la regeneració de plantes que no requereix aplicació externa de PCR. A més, el sistema utilitzat en aquest estudi pot millorar la nostra comprensió dels processos fonamentals de diferenciació de cèl·lules vegetals i millorar la selecció biotecnològica d'espècies vegetals útils.
Destacant les aplicacions potencials del seu treball, el doctor Ikawa va dir: "El sistema informat podria millorar la millora vegetal proporcionant una eina per induir la diferenciació cel·lular de cèl·lules vegetals transgèniques sense necessitat de PCR. Per tant, abans que les plantes transgèniques siguin acceptades com a productes, la societat accelerarà la millora vegetal i reduirà els costos de producció associats".
Sobre la professora associada Tomoko Igawa La Dra. Tomoko Ikawa és professora assistent a l'Escola de Postgrau d'Horticultura, al Centre de Ciències Moleculars de les Plantes i al Centre d'Investigació en Agricultura i Horticultura Espacial, Universitat de Chiba, Japó. Els seus interessos de recerca inclouen la reproducció sexual i el desenvolupament de les plantes i la biotecnologia vegetal. El seu treball se centra a comprendre els mecanismes moleculars de la reproducció sexual i la diferenciació de cèl·lules vegetals mitjançant diversos sistemes transgènics. Té diverses publicacions en aquests camps i és membre de la Societat Japonesa de Biotecnologia Vegetal, la Societat Botànica del Japó, la Societat Japonesa de Criança de Plantes, la Societat Japonesa de Fisiòlegs Vegetals i la Societat Internacional per a l'Estudi de la Reproducció Sexual de les Plantes.
Diferenciació autònoma de cèl·lules transgèniques sense ús extern d'hormones: expressió de gens endògens i comportament de les fitohormones
Els autors declaren que la investigació es va dur a terme en absència de cap relació comercial o financera que es pugui interpretar com un potencial conflicte d'interessos.
Exempció de responsabilitat: AAAS i EurekAlert no es fan responsables de l'exactitud dels comunicats de premsa publicats a EurekAlert! Qualsevol ús de la informació per part de l'organització que facilita la informació o mitjançant el sistema EurekAlert.