Resim: Geleneksel bitki yenileme yöntemleri, türlere özgü ve emek yoğun olabilen hormonlar gibi bitki büyüme düzenleyicilerinin kullanımını gerektirir. Yeni bir çalışmada, bilim insanları bitki hücrelerinin farklılaşmasını (hücre çoğalması) ve yeniden farklılaşmasını (organogenez) içeren genlerin işlevini ve ifadesini düzenleyerek yeni bir bitki yenileme sistemi geliştirdiler. Daha fazla bilgi için tıklayın.
Geleneksel bitki yenileme yöntemleri, aşağıdakilerin kullanımını gerektirir:bitki büyüme düzenleyicileriörneğinhormonBu yöntemler türlere özgü ve emek yoğun olabilir. Yeni bir çalışmada, bilim insanları bitki hücrelerinin farklılaşmasını (hücre çoğalması) ve yeniden farklılaşmasını (organogenez) içeren genlerin işlevini ve ifadesini düzenleyerek yeni bir bitki rejenerasyon sistemi geliştirdiler.
Bitkiler uzun yıllardır hayvanlar ve insanlar için temel besin kaynağı olmuştur. Ayrıca, bitkilerden çeşitli farmasötik ve terapötik bileşikler elde edilir. Bununla birlikte, bitkilerin yanlış kullanımı ve artan gıda talebi, yeni bitki ıslah yöntemlerine olan ihtiyacı ortaya koymaktadır. Bitki biyoteknolojisindeki gelişmeler, daha verimli ve iklim değişikliğine daha dayanıklı genetiği değiştirilmiş (GM) bitkiler üreterek gelecekteki gıda kıtlığı sorununu çözebilir.
Bitkiler doğal olarak, tek bir "totipotent" hücreden (birden fazla hücre tipine dönüşebilen bir hücre) farklılaşma ve farklılaşmayı tersine çevirerek, farklı yapı ve işlevlere sahip hücrelere dönüşerek tamamen yeni bitkiler üretebilirler. Bitki doku kültürü yoluyla bu tür totipotent hücrelerin yapay olarak koşullandırılması, bitki koruma, ıslah, transgenik türlerin üretimi ve bilimsel araştırma amaçları için yaygın olarak kullanılmaktadır. Geleneksel olarak, bitki rejenerasyonu için doku kültürü, hücre farklılaşmasını kontrol etmek için oksinler ve sitokininler gibi bitki büyüme düzenleyicilerinin (GGR'ler) kullanılmasını gerektirir. Bununla birlikte, optimal hormonal koşullar, bitki türüne, kültür koşullarına ve doku tipine bağlı olarak önemli ölçüde değişebilir. Bu nedenle, optimal araştırma koşulları oluşturmak zaman alıcı ve emek yoğun bir görev olabilir.
Bu sorunun üstesinden gelmek 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, bitki rejenerasyonunu sağlamak için "gelişimsel olarak düzenlenmiş" (DR) hücre farklılaşma genlerinin ekspresyonunu düzenleme yoluyla evrensel bir bitki kontrol yöntemi geliştirdi. 3 Nisan 2024'te Frontiers in Plant Science'ın 15. cildinde yayınlanan araştırmaları hakkında Dr. Ikawa şunları söyledi: "Sistemimiz harici bitki büyüme düzenleyicileri (PGR) kullanmıyor, bunun yerine memelilerde indüklenen pluripotent hücrelere benzer şekilde hücre farklılaşmasını kontrol etmek için transkripsiyon faktörü genlerini kullanıyor."
Araştırmacılar, Arabidopsis thaliana'dan (model bitki olarak kullanıldı) iki DR geni olan BABY BOOM (BBM) ve WUSCHEL (WUS)'u ektopik olarak ifade ettiler ve bunların tütün, marul ve petunyanın doku kültürü farklılaşması üzerindeki etkilerini incelediler. BBM, embriyonik gelişimi düzenleyen bir transkripsiyon faktörünü kodlarken, WUS ise sürgün apikal meristem bölgesinde kök hücre kimliğini koruyan bir transkripsiyon faktörünü kodlar.
Deneyleri, Arabidopsis BBM veya WUS'un tek başına ekspresyonunun tütün yaprağı dokusunda hücre farklılaşmasını indüklemek için yeterli olmadığını gösterdi. Buna karşılık, işlevsel olarak geliştirilmiş BBM ve işlevsel olarak değiştirilmiş WUS'un birlikte ekspresyonu, hızlandırılmış otonom farklılaşma fenotipini indükler. PCR kullanılmadan, transgenik yaprak hücreleri kallus (düzensiz hücre kütlesi), yeşil organ benzeri yapılar ve adventif tomurcuklara farklılaştı. Gen transkriptlerini ölçmek için kullanılan bir yöntem olan kantitatif polimeraz zincir reaksiyonu (qPCR) analizi, Arabidopsis BBM ve WUS ekspresyonunun transgenik kallus ve sürgün oluşumuyla ilişkili olduğunu gösterdi.
Bitki hormonlarının hücre bölünmesi ve farklılaşmasındaki kritik rolünü göz önünde bulunduran araştırmacılar, transgenik bitki ürünlerinde altı bitki hormonunun (oksijen, sitokinin, absisik asit (ABA), gibberellin (GA), jasmonik asit (JA), salisilik asit (SA) ve metabolitleri) seviyelerini ölçtüler. Sonuçları, hücreler organlara farklılaştıkça aktif oksijen, sitokinin, ABA ve inaktif GA seviyelerinin arttığını göstererek, bu hormonların bitki hücresi farklılaşması ve organogenezindeki rollerini vurguladı.
Ayrıca araştırmacılar, aktif farklılaşma gösteren transgenik hücrelerdeki gen ekspresyonu modellerini değerlendirmek için gen ekspresyonunun kalitatif ve kantitatif analizi için bir yöntem olan RNA dizileme transkriptomlarını kullandılar. Sonuçları, hücre çoğalması ve oksin ile ilgili genlerin farklı şekilde düzenlenen genler arasında zenginleştiğini gösterdi. qPCR kullanılarak yapılan daha ileri incelemeler, transgenik hücrelerin bitki hücresi farklılaşması, metabolizma, organogenez ve oksin yanıtını düzenleyen genler de dahil olmak üzere dört genin ekspresyonunda artış veya azalma gösterdiğini ortaya koydu.
Genel olarak, bu sonuçlar, PCR'ın harici olarak uygulanmasını gerektirmeyen, bitki rejenerasyonuna yönelik yeni ve çok yönlü bir yaklaşımı ortaya koymaktadır. Ayrıca, bu çalışmada kullanılan sistem, bitki hücresi farklılaşmasının temel süreçlerine dair anlayışımızı geliştirebilir ve faydalı bitki türlerinin biyoteknolojik seçimini iyileştirebilir.
Çalışmasının potansiyel uygulamalarına dikkat çeken Dr. Ikawa, “Bildirilen sistem, PCR'ye gerek kalmadan transgenik bitki hücrelerinin hücresel farklılaşmasını sağlamak için bir araç sunarak bitki ıslahını geliştirebilir. Bu nedenle, transgenik bitkiler ürün olarak kabul edilmeden önce, toplum bitki ıslahını hızlandıracak ve ilgili üretim maliyetlerini düşürecektir.” dedi.
Doçent Doktor Tomoko Igawa Hakkında Dr. Tomoko Ikawa, Japonya'daki Chiba Üniversitesi Bahçe Bitkileri Yüksek Lisans Okulu, Moleküler Bitki Bilimleri Merkezi ve Uzay Tarımı ve Bahçe Bitkileri Araştırma Merkezi'nde yardımcı doçenttir. Araştırma ilgi alanları arasında bitki eşeyli üreme ve gelişimi ile 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 Japon Bitki Biyoteknolojisi Derneği, Japon Botanik Derneği, Japon Bitki Islahı Derneği, Japon Bitki Fizyologları Derneği ve Uluslararası Bitki Eşeyli Üreme Çalışmaları Derneği üyesidir.
Transgenik hücrelerin dışarıdan hormon kullanılmadan otonom farklılaşması: endojen genlerin ekspresyonu ve fitohormonların davranışı
Yazarlar, araştırmanın potansiyel bir çıkar çatışması olarak yorumlanabilecek herhangi bir ticari veya mali ilişki olmaksızın yürütüldüğünü beyan ederler.
Yasal Uyarı: AAAS ve EurekAlert, EurekAlert'te yayınlanan basın bültenlerinin doğruluğundan sorumlu değildir! Bilgiyi sağlayan kuruluş tarafından veya EurekAlert sistemi aracılığıyla bilgilerin herhangi bir şekilde kullanılmasından sorumlu değildir.
Yayın tarihi: 22 Ağustos 2024