Resim: Geleneksel bitki rejenerasyon yöntemleri, türlere özgü ve emek yoğun olabilen hormonlar gibi bitki büyüme düzenleyicilerinin kullanımını gerektirir. Yeni bir çalışmada, bilim insanları bitki hücrelerinin dedifferansiyasyonunda (hücre çoğalması) ve redifferansiyasyonunda (organogenez) yer alan genlerin işlevini ve ifadesini düzenleyerek yeni bir bitki rejenerasyon sistemi geliştirdiler. Daha fazlasını görüntüle
Geleneksel bitki yenileme yöntemleri,bitki büyüme düzenleyicileriörneğinhormons, türlere özgü ve emek yoğun olabilir. Yeni bir çalışmada, bilim insanları bitki hücrelerinin dediferansiyasyonunda (hücre çoğalması) ve yeniden farklılaşmasında (organogenez) yer alan genlerin işlevini ve ifadesini düzenleyerek yeni bir bitki rejenerasyon sistemi geliştirdiler.
Bitkiler uzun yıllardır hayvanlar ve insanlar için ana besin kaynağı olmuştur. Ayrıca bitkiler çeşitli farmasötik ve terapötik bileşikleri çıkarmak için kullanılır. Ancak, yanlış kullanımları ve gıdaya olan artan talep, yeni bitki yetiştirme yöntemlerine olan ihtiyacı vurgulamaktadır. Bitki biyoteknolojisindeki gelişmeler, daha üretken ve iklim değişikliğine dayanıklı genetiği değiştirilmiş (GM) bitkiler üreterek gelecekteki gıda kıtlıklarını çözebilir.
Doğal olarak, bitkiler farklı yapı ve işlevlere sahip hücrelere farklılaşmadan ve yeniden farklılaşmadan tek bir "totipotent" hücreden (birden fazla hücre tipi oluşturabilen bir hücre) tamamen yeni bitkiler üretebilirler. Bu tür totipotent hücrelerin bitki doku kültürü yoluyla yapay olarak koşullandırılması, bitki koruma, ıslah, transgenik türlerin üretimi ve bilimsel araştırma amaçları için yaygın olarak kullanılır. Geleneksel olarak, bitki rejenerasyonu için doku kültürü, hücre farklılaşmasını kontrol etmek için oksinler ve sitokininler gibi bitki büyüme düzenleyicilerinin (GGR'ler) kullanılmasını gerektirir. Ancak, optimum hormonal koşullar bitki türüne, kültür koşullarına ve doku türüne bağlı olarak önemli ölçüde değişebilir. Bu nedenle, optimum keşif koşullarının oluşturulması zaman alıcı ve emek yoğun bir görev olabilir.
Bu sorunu aşmak için Doçent Tomoko Ikawa, Chiba Üniversitesi'nden Doçent Mai F. Minamikawa, Nagoya Üniversitesi Biyo-Tarım Bilimleri Yüksek Lisans Okulu'ndan Profesör Hitoshi Sakakibara ve RIKEN CSRS'den uzman teknisyen Mikiko Kojima ile birlikte düzenleme yoluyla bitki kontrolü için evrensel bir yöntem geliştirdiler. Bitki rejenerasyonunu sağlamak için "gelişimsel olarak düzenlenen" (DR) hücre farklılaşma genlerinin ifadesi. 3 Nisan 2024'te Frontiers in Plant Science'ın 15. cildinde yayınlanan Dr. Ikawa, araştırma çalışmaları hakkında daha fazla bilgi vererek şunları söyledi: "Sistemimiz harici PGR'leri kullanmıyor, bunun yerine hücre farklılaşmasını kontrol etmek için transkripsiyon faktörü genlerini kullanıyor. memelilerde indüklenen pluripotent hücrelere benzer."
Araştırmacılar, Arabidopsis thaliana'dan (model bitki olarak kullanılan) iki DR geni olan BABY BOOM (BBM) ve WUSCHEL'i (WUS) ektopik olarak ifade ettiler ve bunların tütün, marul ve petunyanın doku kültürü farklılaşması üzerindeki etkilerini incelediler. BBM, embriyonik gelişimi düzenleyen bir transkripsiyon faktörü kodlarken, WUS, sürgün apikal meristem bölgesinde kök hücre kimliğini koruyan bir transkripsiyon faktörü kodlar.
Deneyleri, Arabidopsis BBM veya WUS'un tek başına ekspresyonunun tütün yaprağı dokusunda hücre farklılaşmasını başlatmak için yeterli olmadığını gösterdi. Buna karşılık, işlevsel olarak geliştirilmiş BBM ve işlevsel olarak modifiye edilmiş WUS'un birlikte ekspresyonu hızlandırılmış bir otonom farklılaşma fenotipine neden olur. PCR kullanılmadan, transgenik yaprak hücreleri kallus (düzensiz hücre kütlesi), yeşil organ benzeri yapılar ve tesadüfi tomurcuklara farklılaştı. Gen transkriptlerini ölçmek için kullanılan bir yöntem olan kantitatif polimeraz zincir reaksiyonu (qPCR) analizi, Arabidopsis BBM ve WUS ekspresyonunun transgenik kallus ve sürgünlerin oluşumuyla ilişkili olduğunu gösterdi.
Fitohormonların hücre bölünmesi ve farklılaşmasındaki kritik rolünü göz önünde bulundurarak, araştırmacılar transgenik bitki mahsullerinde altı fitohormonun, yani oksin, sitokinin, absisik asit (ABA), gibberellin (GA), jasmonik asit (JA), salisilik asit (SA) ve metabolitlerinin seviyelerini ölçtüler. Elde ettikleri sonuçlar, aktif oksin, sitokinin, ABA ve inaktif GA seviyelerinin hücreler organlara farklılaştıkça arttığını ve bitki hücresi farklılaşması ve organogenezdeki rollerini vurguladığını gösterdi.
Ek olarak, araştırmacılar gen ifadesinin kalitatif ve kantitatif analizi için bir yöntem olan RNA dizileme transkriptomlarını kullanarak aktif farklılaşma gösteren transgenik hücrelerdeki gen ifadesi modellerini değerlendirdiler. Sonuçları, hücre çoğalması ve oksinle ilişkili genlerin farklı şekilde düzenlenen genlerde zenginleştirildiğini gösterdi. qPCR kullanılarak yapılan daha ileri inceleme, transgenik hücrelerin bitki hücre farklılaşmasını, metabolizmayı, organogenezi ve oksin yanıtını düzenleyen genler de dahil olmak üzere dört genin ifadesinde artış veya azalma olduğunu ortaya koydu.
Genel olarak, bu sonuçlar PCR'nin harici uygulamasını gerektirmeyen bitki rejenerasyonuna yönelik yeni ve çok yönlü bir yaklaşımı ortaya koymaktadır. Ek olarak, bu çalışmada kullanılan sistem bitki hücre farklılaşmasının temel süreçlerine ilişkin anlayışımızı geliştirebilir ve yararlı bitki türlerinin biyoteknolojik seçimini iyileştirebilir.
Dr. Ikawa, çalışmalarının potansiyel uygulamalarını vurgulayarak, "Raporlanan sistem, PCR'ye gerek kalmadan transgenik bitki hücrelerinin hücresel farklılaşmasını teşvik etmek için bir araç sağlayarak bitki ıslahını iyileştirebilir. Bu nedenle, transgenik bitkiler ürün olarak kabul edilmeden önce, toplum bitki ıslahını hızlandıracak ve ilişkili üretim maliyetlerini azaltacaktır." dedi.
Doçent Tomoko Igawa Hakkında Dr. Tomoko Ikawa, Japonya'daki Chiba Üniversitesi'nde, Bahçıvanlık Yüksekokulu, Moleküler Bitki Bilimleri Merkezi ve Uzay Tarımı ve Bahçıvanlık Araştırmaları Merkezi'nde yardımcı doçenttir. Araştırma ilgi alanları arasında bitki eşeyli üreme ve gelişimi ve bitki biyoteknolojisi yer almaktadır. Çalışmaları, çeşitli transgenik sistemler kullanarak eşeyli üreme ve bitki hücresi farklılaşmasının moleküler mekanizmalarını anlamaya odaklanmaktadır. Bu alanlarda birçok yayını bulunmaktadır ve Japonya Bitki Biyoteknolojisi Derneği, Japonya Botanik Derneği, Japon Bitki Yetiştirme Derneği, Japon Bitki Fizyologları Derneği ve Uluslararası Bitki Eşeyli Üreme Çalışmaları Derneği üyesidir.
Hormonların dışarıdan kullanımı olmaksızın transgenik hücrelerin otonom farklılaşması: endojen genlerin ifadesi ve fitohormonların davranışı
Yazarlar, araştırmanın çıkar çatışması yaratabilecek herhangi bir ticari veya finansal ilişkinin bulunmadığı bir ortamda yürütüldüğünü beyan etmektedirler.
Yasal Uyarı: AAAS ve EurekAlert, EurekAlert'te yayınlanan basın bültenlerinin doğruluğundan sorumlu değildir! Bilgileri sağlayan kuruluş tarafından veya EurekAlert sistemi aracılığıyla herhangi bir bilgi kullanımı.
Gönderi zamanı: 22-Ağu-2024