Imej: Kaedah tradisional untuk penjanaan semula tumbuhan memerlukan penggunaan pengawal selia pertumbuhan tumbuhan seperti hormon, yang boleh menjadi spesies khusus dan memerlukan banyak tenaga kerja. Dalam satu kajian baharu, saintis telah membangunkan sistem penjanaan semula tumbuhan baharu dengan mengawal selia fungsi dan ekspresi gen yang terlibat dalam dediferensiasi (percambahan sel) dan rediferensiasi (organogenesis) sel tumbuhan. Lihat lebih lanjut
Kaedah tradisional untuk penjanaan semula tumbuhan memerlukan penggunaanpengatur pertumbuhan tumbuhansepertihormons, yang boleh menjadi spesies khusus dan intensif tenaga kerja. Dalam satu kajian baharu, saintis telah membangunkan sistem pertumbuhan semula tumbuhan baharu dengan mengawal selia fungsi dan ekspresi gen yang terlibat dalam dediferensiasi (percambahan sel) dan rediferensiasi (organogenesis) sel tumbuhan.
Tumbuhan telah menjadi sumber makanan utama untuk haiwan dan manusia selama bertahun-tahun. Di samping itu, tumbuhan digunakan untuk mengekstrak pelbagai sebatian farmaseutikal dan terapeutik. Walau bagaimanapun, penyalahgunaannya dan permintaan makanan yang semakin meningkat menonjolkan keperluan untuk kaedah pembiakan tumbuhan baharu. Kemajuan dalam bioteknologi tumbuhan boleh menyelesaikan kekurangan makanan pada masa hadapan dengan menghasilkan tumbuhan yang diubah suai secara genetik (GM) yang lebih produktif dan berdaya tahan terhadap perubahan iklim.
Secara semulajadinya, tumbuhan boleh menjana semula tumbuhan baharu sepenuhnya daripada satu sel "totipoten" (sel yang boleh menghasilkan pelbagai jenis sel) dengan mendepentenasikan dan mempentenakkan semula kepada sel-sel dengan struktur dan fungsi yang berbeza. Pengkondisian buatan sel totipoten sedemikian melalui kultur tisu tumbuhan digunakan secara meluas untuk perlindungan tumbuhan, pembiakan, penghasilan spesies transgenik dan untuk tujuan penyelidikan saintifik. Secara tradisinya, kultur tisu untuk penjanaan semula tumbuhan memerlukan penggunaan pengawal selia pertumbuhan tumbuhan (GGR), seperti auksin dan sitokinin, untuk mengawal pembezaan sel. Walau bagaimanapun, keadaan hormon optimum boleh berbeza-beza dengan ketara bergantung pada spesies tumbuhan, keadaan kultur dan jenis tisu. Oleh itu, mewujudkan keadaan penerokaan yang optimum boleh menjadi tugas yang memakan masa dan intensif tenaga kerja.
Untuk mengatasi masalah ini, Profesor Madya Tomoko Ikawa, bersama Profesor Madya Mai F. Minamikawa dari Universiti Chiba, Profesor Hitoshi Sakakibara dari Sekolah Siswazah Sains Bio-Pertanian Universiti Nagoya dan Mikiko Kojima, seorang juruteknik pakar dari RIKEN CSRS, telah membangunkan kaedah universal untuk kawalan tumbuhan melalui pengawalaturan. Ekspresi gen pembezaan sel “dikawal selia perkembangan” (DR) untuk mencapai pertumbuhan semula tumbuhan. Diterbitkan dalam Jilid 15 Frontiers in Plant Science pada 3 April 2024, Dr. Ikawa memberikan maklumat lanjut tentang kerja penyelidikan mereka, dengan menyatakan: “Sistem kami tidak menggunakan PGR luaran, tetapi sebaliknya menggunakan gen faktor transkripsi untuk mengawal pembezaan sel. Sama seperti sel pluripoten yang diaruh dalam mamalia.”
Para penyelidik mengekspresikan secara ektopik dua gen DR, BABY BOOM (BBM) dan WUSCHEL (WUS), daripada Arabidopsis thaliana (digunakan sebagai tumbuhan model) dan mengkaji kesannya terhadap pembezaan kultur tisu tembakau, salad dan petunia. BBM mengekod faktor transkripsi yang mengawal perkembangan embrio, manakala WUS mengekod faktor transkripsi yang mengekalkan identiti sel stem di kawasan meristem apikal pucuk.
Eksperimen mereka menunjukkan bahawa ekspresi Arabidopsis BBM atau WUS sahaja tidak mencukupi untuk mendorong pembezaan sel dalam tisu daun tembakau. Sebaliknya, koekspresi BBM yang dipertingkatkan secara fungsi dan WUS yang diubah suai secara fungsi mendorong fenotip pembezaan autonomi yang dipercepatkan. Tanpa penggunaan PCR, sel daun transgenik dibezakan kepada kalus (jisim sel tidak teratur), struktur seperti organ hijau dan tunas adventif. Analisis tindak balas rantai polimerase kuantitatif (qPCR), kaedah yang digunakan untuk mengukur transkrip gen, menunjukkan bahawa ekspresi Arabidopsis BBM dan WUS berkorelasi dengan pembentukan kalus dan pucuk transgenik.
Memandangkan peranan penting fitohormon dalam pembahagian dan pembezaan sel, para penyelidik mengukur tahap enam fitohormon, iaitu auksin, sitokinin, asid absisik (ABA), giberelin (GA), asid jasmonik (JA), asid salisilik (SA) dan metabolitnya dalam tanaman tumbuhan transgenik. Keputusan mereka menunjukkan bahawa tahap auksin aktif, sitokinin, ABA dan GA tidak aktif meningkat apabila sel membezakan diri menjadi organ, menonjolkan peranan mereka dalam pembezaan dan organogenesis sel tumbuhan.
Di samping itu, para penyelidik menggunakan transkriptom penjujukan RNA, satu kaedah untuk analisis kualitatif dan kuantitatif ekspresi gen, untuk menilai corak ekspresi gen dalam sel transgenik yang mempamerkan pembezaan aktif. Keputusan mereka menunjukkan bahawa gen yang berkaitan dengan percambahan sel dan auksin diperkayakan dalam gen yang dikawal selia secara berbeza. Pemeriksaan lanjut menggunakan qPCR mendedahkan bahawa sel transgenik telah meningkatkan atau mengurangkan ekspresi empat gen, termasuk gen yang mengawal selia pembezaan sel tumbuhan, metabolisme, organogenesis dan tindak balas auksin.
Secara keseluruhannya, keputusan ini mendedahkan pendekatan baharu dan serba boleh untuk penjanaan semula tumbuhan yang tidak memerlukan aplikasi PCR luaran. Di samping itu, sistem yang digunakan dalam kajian ini boleh meningkatkan pemahaman kita tentang proses asas pembezaan sel tumbuhan dan menambah baik pemilihan bioteknologi spesies tumbuhan yang berguna.
Mengetengahkan potensi aplikasi karyanya, Dr. Ikawa berkata, “Sistem yang dilaporkan itu boleh meningkatkan pembiakan tumbuhan dengan menyediakan alat untuk mendorong pembezaan selular sel tumbuhan transgenik tanpa memerlukan PCR. Oleh itu, sebelum tumbuhan transgenik diterima sebagai produk, masyarakat akan mempercepatkan pembiakan tumbuhan dan mengurangkan kos pengeluaran yang berkaitan.”
Mengenai Profesor Madya Tomoko Igawa Dr. Tomoko Ikawa ialah penolong profesor di Sekolah Siswazah Hortikultur, Pusat Sains Tumbuhan Molekul dan Pusat Pertanian Angkasa Lepas dan Penyelidikan Hortikultur, Universiti Chiba, Jepun. Minat penyelidikannya merangkumi pembiakan dan perkembangan seksual tumbuhan dan bioteknologi tumbuhan. Kerjanya memberi tumpuan kepada pemahaman mekanisme molekul pembiakan seksual dan pembezaan sel tumbuhan menggunakan pelbagai sistem transgenik. Beliau mempunyai beberapa penerbitan dalam bidang ini dan merupakan ahli Persatuan Bioteknologi Tumbuhan Jepun, Persatuan Botani Jepun, Persatuan Pembiakan Tumbuhan Jepun, Persatuan Ahli Fisiologi Tumbuhan Jepun dan Persatuan Antarabangsa untuk Kajian Pembiakan Seksual Tumbuhan.
Pembezaan autonomi sel transgenik tanpa penggunaan hormon luaran: ekspresi gen endogen dan tingkah laku fitohormon
Para penulis mengisytiharkan bahawa penyelidikan ini dijalankan tanpa sebarang hubungan komersial atau kewangan yang boleh ditafsirkan sebagai potensi konflik kepentingan.
Penafian: AAAS dan EurekAlert tidak bertanggungjawab atas ketepatan siaran akhbar yang diterbitkan di EurekAlert! Sebarang penggunaan maklumat oleh organisasi yang menyediakan maklumat atau melalui sistem EurekAlert.
Masa siaran: 22 Ogos 2024