Imej: Kaedah tradisional penjanaan semula tumbuhan memerlukan penggunaan pengawal selia pertumbuhan tumbuhan seperti hormon, yang boleh menjadi spesifik spesies dan intensif buruh. Dalam kajian baharu, saintis telah membangunkan sistem penjanaan semula tumbuhan baharu dengan mengawal selia fungsi dan ekspresi gen yang terlibat dalam penyahbezaan (percambahan sel) dan pembezaan semula (organogenesis) sel tumbuhan. Lihat lagi
Kaedah tradisional penjanaan semula tumbuhan memerlukan penggunaanpengawal selia pertumbuhan tumbuhansepertihormons, yang boleh spesifik spesies dan intensif buruh. Dalam kajian baharu, saintis telah membangunkan sistem penjanaan semula tumbuhan baharu dengan mengawal selia fungsi dan ekspresi gen yang terlibat dalam penyahbezaan (percambahan sel) dan pembezaan semula (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, penyalahgunaan dan permintaan yang semakin meningkat untuk makanan menyerlahkan keperluan untuk kaedah pembiakan tumbuhan baru. 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.
Sememangnya, tumbuhan boleh menjana semula tumbuhan baru sepenuhnya daripada satu sel "totipoten" tunggal (sel yang boleh menimbulkan pelbagai jenis sel) dengan menyahbezakan dan membeza semula menjadi sel dengan struktur dan fungsi yang berbeza. Pengkondisian tiruan sel totipoten tersebut melalui kultur tisu tumbuhan digunakan secara meluas untuk perlindungan tumbuhan, pembiakan, pengeluaran 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 yang optimum boleh berbeza 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 buruh.
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, membangunkan kaedah universal untuk kawalan tumbuhan melalui peraturan. Ungkapan gen pembezaan sel "terkawal perkembangan" (DR) untuk mencapai penjanaan semula tumbuhan. Diterbitkan dalam Jilid 15 Frontiers dalam Sains Tumbuhan pada 3 April 2024, Dr. Ikawa memberikan maklumat lanjut tentang kerja penyelidikan mereka, dengan menyatakan: "Sistem kami tidak menggunakan PGR luaran, sebaliknya menggunakan gen faktor transkripsi untuk mengawal pembezaan sel. serupa dengan sel pluripoten yang diinduksi dalam mamalia."
Para penyelidik secara ektopik menyatakan dua gen DR, BABY BOOM (BBM) dan WUSCHEL (WUS), dari 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 ungkapan Arabidopsis BBM atau WUS sahaja tidak mencukupi untuk mendorong pembezaan sel dalam tisu daun tembakau. Sebaliknya, ekspresi bersama BBM yang dipertingkatkan secara fungsional dan WUS yang diubah suai berfungsi 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 Arabidopsis BBM dan ekspresi 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-sel membezakan ke dalam organ, menonjolkan peranan mereka dalam pembezaan sel tumbuhan dan organogenesis.
Di samping itu, penyelidik menggunakan transkrip penjujukan RNA, 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 diperkaya dalam gen yang dikawal secara berbeza. Pemeriksaan lanjut menggunakan qPCR mendedahkan bahawa sel transgenik telah meningkatkan atau menurunkan ekspresi empat gen, termasuk gen yang mengawal pembezaan sel tumbuhan, metabolisme, organogenesis, dan tindak balas auksin.
Secara keseluruhan, keputusan ini mendedahkan pendekatan baharu dan serba boleh untuk penjanaan semula tumbuhan yang tidak memerlukan penggunaan 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.
Menonjolkan potensi aplikasi kerjanya, Dr. Ikawa berkata, "Sistem yang dilaporkan 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 dan Penyelidikan Hortikultur, Universiti Chiba, Jepun. Minat penyelidikannya termasuk pembiakan dan pembangunan seksual tumbuhan dan bioteknologi tumbuhan. Kerjanya memberi tumpuan kepada memahami 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 luaran hormon: ekspresi gen endogen dan tingkah laku fitohormon
Penulis mengisytiharkan bahawa penyelidikan telah dijalankan tanpa ketiadaan sebarang hubungan komersial atau kewangan yang boleh ditafsirkan sebagai potensi konflik kepentingan.
Penafian: AAAS dan EurekAlert tidak bertanggungjawab terhadap ketepatan siaran akhbar yang diterbitkan di EurekAlert! Sebarang penggunaan maklumat oleh organisasi yang menyediakan maklumat atau melalui sistem EurekAlert.
Masa siaran: Ogos-22-2024