Resim: Geleneksel bitki rejenerasyon yöntemleri, türe özgü ve emek yoğun olabilen hormonlar gibi bitki büyüme düzenleyicilerinin kullanımını gerektirir. Yeni bir çalışmada bilim insanları, bitki hücrelerinin dediferansiyasyonunda (hücre çoğalması) ve yeniden farklılaşmasında (organogenez) rol oynayan genlerin işlevini ve ifadesini düzenleyerek yeni bir bitki rejenerasyon sistemi geliştirdiler. Daha fazlasını görüntüleyin
Geleneksel bitki yenileme yöntemleri,bitki büyüme düzenleyicileriörneğinhormonTürlere özgü ve emek yoğun olabilen s. Yeni bir çalışmada, bilim insanları bitki hücrelerinin dediferansiyasyonunda (hücre çoğalması) ve yeniden farklılaşmasında (organogenez) rol oynayan genlerin işlevini ve ifadesini düzenleyerek yeni bir bitki rejenerasyon sistemi geliştirdiler.
Bitkiler, uzun yıllardır hayvanlar ve insanlar için temel besin kaynağı olmuştur. Ayrıca, çeşitli ilaç ve tedavi edici bileşiklerin elde edilmesinde de kullanılmaktadır. Ancak, yanlış kullanımları ve artan gıda talebi, yeni bitki ıslah yöntemlerine olan ihtiyacı vurgulamaktadır. Bitki biyoteknolojisindeki gelişmeler, iklim değişikliğine karşı daha verimli ve dirençli genetiği değiştirilmiş (GD) bitkiler üreterek gelecekteki gıda kıtlığını çözebilir.
Bitkiler, doğal olarak, tek bir "totipotent" hücreden (birden fazla hücre tipi oluşturabilen bir hücre) farklı yapı ve işlevlere sahip hücrelere farklılaşmadan (dedifferansiyasyon) ve yeniden farklılaşmadan (redifferansiyasyon) tamamen yeni bitkiler üretebilirler. Bu tür totipotent hücrelerin bitki doku kültürü yoluyla yapay olarak şartlandırılması, 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) kullanımını gerektirir. Ancak, optimum hormonal koşullar bitki türüne, kültür koşullarına ve doku tipine bağlı olarak önemli ölçüde değişiklik gösterebilir. Bu nedenle, optimum keşif koşullarının oluşturulması zaman alıcı ve emek yoğun bir iş olabilir.
Bu sorunun üstesinden gelmek için Doçent Doktor Tomoko Ikawa, Chiba Üniversitesi'nden Doçent Doktor Mai F. Minamikawa, Nagoya Üniversitesi Biyo-Tarım Bilimleri Enstitüsü'nden 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 düzenlenmiş" (DR) hücre farklılaşma genlerinin ekspresyonu. 3 Nisan 2024 tarihli Frontiers in Plant Science dergisinin 15. cildinde yayınlanan çalışmada 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, model bitki olarak kullanılan Arabidopsis thaliana'dan BABY BOOM (BBM) ve WUSCHEL (WUS) adlı iki DR genini ektopik olarak eksprese ettiler ve bunların tütün, marul ve petunyanın doku kültürü farklılaşması üzerindeki etkilerini incelediler. BBM, embriyonik gelişimi düzenleyen bir transkripsiyon faktörünü kodlarken, WUS, sürgün apikal meristem bölgesinde kök hücre kimliğini koruyan bir transkripsiyon faktörünü kodlar.
Deneyleri, Arabidopsis BBM veya WUS ekspresyonunun tek başına tütün yaprağı dokusunda hücre farklılaşmasını başlatmak için yeterli olmadığını göstermiştir. Buna karşılık, işlevsel olarak geliştirilmiş BBM ve işlevsel olarak modifiye edilmiş WUS'un birlikte ekspresyonu, hızlandırılmış bir otonom farklılaşma fenotipi oluşturur. PCR kullanılmadan, transgenik yaprak hücreleri kallus (düzensiz hücre kütlesi), yeşil organ benzeri yapılar ve tesadüfi tomurcuklara farklılaşmıştır. 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 göstermiştir.
Fitohormonların hücre bölünmesi ve farklılaşmasındaki kritik rolünü göz önünde bulunduran araştırmacılar, transgenik bitki ürünlerinde oksin, sitokinin, absisik asit (ABA), gibberellin (GA), jasmonik asit (JA), salisilik asit (SA) ve metabolitleri olmak üzere altı fitohormonun seviyelerini ölçtüler. Elde ettikleri sonuçlar, hücreler organlara farklılaştıkça aktif oksin, sitokinin, ABA ve inaktif GA seviyelerinin arttığını göstererek, bitki hücresi farklılaşması ve organogenezdeki rollerini vurguladı.
Araştırmacılar ayrıca, aktif farklılaşma gösteren transgenik hücrelerde gen ifadesi modellerini değerlendirmek için gen ifadesinin nitel ve nicel analizine yönelik bir yöntem olan RNA dizileme transkriptomlarını kullandılar. Elde ettikleri sonuçlar, hücre çoğalması ve oksin ile ilişkili genlerin farklı şekilde düzenlenen genlerle zenginleştirildiğini gösterdi. qPCR kullanılarak yapılan ileri incelemeler, transgenik hücrelerde bitki hücresi farklılaşmasını, metabolizmayı, organogenezi ve oksin yanıtını düzenleyen genler de dahil olmak üzere dört genin ifadesinin arttığını veya azaldığını ortaya koydu.
Genel olarak, bu sonuçlar bitki rejenerasyonuna PCR'nin harici uygulamasını gerektirmeyen yeni ve çok yönlü bir yaklaşım ortaya koymaktadır. Ayrıca, bu çalışmada kullanılan sistem, bitki hücre farklılaşmasının temel süreçlerini anlamamızı ve faydalı bitki türlerinin biyoteknolojik seçimini iyileştirmemizi sağlayabilir.
Dr. Ikawa, çalışmalarının potansiyel uygulama alanlarını vurgulayarak, "Rapor edilen sistem, PCR'ye gerek kalmadan transgenik bitki hücrelerinin hücresel farklılaşmasını teşvik eden bir araç sağlayarak bitki ıslahını iyileştirebilir. Bu nedenle, transgenik bitkiler ürün olarak kabul edilmeden önce toplum, bitki ıslahını hızlandıracak ve ilgili üretim maliyetlerini azaltacaktır." dedi.
Doçent Dr. Tomoko Igawa Hakkında Dr. Tomoko Ikawa, Japonya Chiba Üniversitesi, Bahçıvanlık Enstitüsü, Moleküler Bitki Bilimleri Merkezi ve Uzay Tarımı ve Bahçıvanlık Araştırmaları Merkezi'nde yardımcı doçenttir. Araştırma ilgi alanları arasında bitkilerde eşeyli üreme ve gelişim ile bitki biyoteknolojisi yer almaktadır. Çalışmaları, çeşitli transgenik sistemler kullanarak eşeyli üreme ve bitki hücresi farklılaşmasının moleküler mekanizmalarını anlamaya odaklanmaktadır. Bu alanlarda birçok yayını bulunan Dr. Tomoko Ikawa, 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 olmadan transgenik hücrelerin otonom farklılaşması: endojen genlerin ifadesi ve fitohormonların davranışı
Yazarlar, araştırmanın çıkar çatışması oluşturabilecek 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! Bilgilerin, bilgileri sağlayan kuruluş veya EurekAlert sistemi aracılığıyla herhangi bir şekilde kullanılması.
Gönderi zamanı: 22 Ağustos 2024