חוקרים מפתחים שיטה חדשה להתחדשות צמחים על ידי ויסות הביטוי של גנים השולטים בהתמיינות תאי צמחים.

 תמונה: שיטות מסורתיות של התחדשות צמחים מחייבות שימוש במווסתים לצמיחה של צמחים כגון הורמונים, שיכולים להיות ספציפיים למין ועתירי עבודה. במחקר חדש, מדענים פיתחו מערכת התחדשות צמחית חדשה על ידי ויסות התפקוד והביטוי של גנים המעורבים בדה-דיפרנציאציה (שגשוג תאים) ובהתמיינות מחדש (organogenesis) של תאי צמחים. הצג עוד
שיטות מסורתיות של התחדשות צמחים דורשות שימוש במווסת צמיחה של צמחיםכְּגוֹןהוֹרמוֹןs, שיכולים להיות ספציפיים למין ועתירי עבודה. במחקר חדש, מדענים פיתחו מערכת התחדשות צמחית חדשה על ידי ויסות התפקוד והביטוי של גנים המעורבים בדה-דיפרנציאציה (שגשוג תאים) ובהתמיינות מחדש (organogenesis) של תאי צמחים.
צמחים הם מקור המזון העיקרי לבעלי חיים ולבני אדם במשך שנים רבות. בנוסף, הצמחים משמשים למיצוי תרכובות פרמצבטיות וטיפוליות שונות. עם זאת, השימוש לרעה שלהם והביקוש הגובר למזון מדגישים את הצורך בשיטות גידול צמחים חדשות. התקדמות בביוטכנולוגיה צמחית עשויה לפתור מחסור עתידי במזון על ידי ייצור צמחים מהונדסים גנטית (GM) שהם יצרניים יותר ועמידות בפני שינויי אקלים.
באופן טבעי, צמחים יכולים ליצור מחדש צמחים חדשים לגמרי מתא "טוטיפוטנטי" בודד (תא שיכול להוליד מספר סוגי תאים) על ידי ביטול התמיינות והתמיינות מחדש לתאים בעלי מבנים ותפקודים שונים. התניה מלאכותית של תאים טוטיפוטנטיים כאלה באמצעות תרבית רקמות צמחיות נמצאת בשימוש נרחב להגנה על צמחים, רבייה, ייצור מינים מהונדסים ולמטרות מחקר מדעי. באופן מסורתי, תרבית רקמות להתחדשות צמחים מחייבת שימוש במווסתים של גדילת צמחים (GGRs), כגון אוקסינים וציטוקינינים, כדי לשלוט בהתמיינות תאים. עם זאת, תנאים הורמונליים אופטימליים יכולים להשתנות באופן משמעותי בהתאם למין הצמח, תנאי התרבית וסוג הרקמה. לכן, יצירת תנאי חקר אופטימליים יכולה להיות משימה שלוקחת זמן ועבודה.
כדי להתגבר על בעיה זו, פרופסור-משנה Tomoko Ikawa, יחד עם פרופסור-משנה Mai F. Minamikawa מאוניברסיטת צ'יבה, פרופסור Hitoshi Sakakibara מאוניברסיטת Nagoya Graduate School of Bio-Agricultural Sciences ו-Mikiko Kojima, טכנאי מומחה מ-RIKEN CSRS, פיתחו שיטה אוניברסלית לבקרת צמחים באמצעות רגולציה. ביטוי של גנים להתמיינות תאים "מוסדר התפתחותי" (DR) להשגת התחדשות צמחים. פורסם בכרך 15 של Frontiers in Plant Science ב-3 באפריל 2024, ד"ר איקאווה סיפק מידע נוסף על עבודת המחקר שלהם, וקבע: "המערכת שלנו לא משתמשת ב-PGRs חיצוניים, אלא משתמשת בגנים של גורמי שעתוק כדי לשלוט בהתמיינות תאים. בדומה לתאים פלוריפוטנטיים המושרים ביונקים."
החוקרים ביטאו בצורה אקטופית שני גנים DR, BABY BOOM (BBM) ו-WUSCHEL (WUS), מ-Arbidopsis thaliana (המשמש כצמח מודל) ובדקו את השפעתם על התמיינות תרבית רקמות של טבק, חסה ופטוניה. BBM מקודד לגורם שעתוק המווסת את ההתפתחות העוברית, ואילו WUS מקודד לגורם שעתוק השומר על זהות תאי גזע באזור המריסטם האפיקי של היורה.
הניסויים שלהם הראו שביטוי של Arabidopsis BBM או WUS לבדו אינו מספיק כדי לגרום להתמיינות תאים ברקמת עלי הטבק. לעומת זאת, ביטוי משותף של BBM משופר פונקציונלית ו-WUS שונה פונקציונלית משרה פנוטיפ בידול אוטונומי מואץ. ללא שימוש ב-PCR, תאי עלים מהונדסים התמיינו לקאלוס (מסת תאים לא מאורגנת), מבנים דמויי איברים ירוקים וניצנים ספונטניים. ניתוח תגובת שרשרת פולימראז כמותית (qPCR), שיטה המשמשת לכימות תעתיקי גנים, הראתה שביטוי Arabidopsis BBM ו-WUS נמצא בקורלציה עם היווצרות של קליעים וצרעים מהונדסים.
בהתחשב בתפקידם המכריע של הפיטו-הורמונים בחלוקת תאים ובהתמיינות, החוקרים כימתו את הרמות של שישה פיטו-הורמונים, כלומר אוקסין, ציטוקינין, חומצה אבסקיסית (ABA), ג'יברלין (GA), חומצה יסמונית (JA), חומצה סליצילית (SA) והמטבוליטים שלה בגידולי צמחים מהונדסים. התוצאות שלהם הראו שרמות האוקסין הפעיל, ציטוקינין, ABA ו-GA לא פעיל עולות ככל שהתאים מתמיינים לאיברים, מה שמדגיש את תפקידם בהתמיינות תאי צמחים ובאורגנוגזה.
בנוסף, החוקרים השתמשו בתעתיקי רצף RNA, שיטה לניתוח איכותי וכמותי של ביטוי גנים, כדי להעריך דפוסים של ביטוי גנים בתאים מהונדסים המפגינים התמיינות פעילה. התוצאות שלהם הראו שגנים הקשורים לשגשוג תאים ואוקסין הועשרה בגנים מווסתים דיפרנציאלית. בדיקה נוספת באמצעות qPCR העלתה כי התאים המהונדסים הגדילו או הפחיתו את הביטוי של ארבעה גנים, כולל גנים המווסתים התמיינות תאי צמחים, חילוף חומרים, אורגנוגזה ותגובת אוקסין.
בסך הכל, תוצאות אלו חושפות גישה חדשה ורב-תכליתית להתחדשות צמחים שאינה דורשת יישום חיצוני של PCR. בנוסף, המערכת המשמשת במחקר זה עשויה לשפר את הבנתנו את התהליכים הבסיסיים של התמיינות תאי צמחים ולשפר את הבחירה הביוטכנולוגית של מיני צמחים שימושיים.
בהדגיש את היישומים הפוטנציאליים של עבודתו, אמר ד"ר איקאווה, "המערכת המדווחת יכולה לשפר את גידול צמחים על ידי מתן כלי להשראת התמיינות תאית של תאי צמחים מהונדסים ללא צורך ב-PCR. לכן, לפני שצמחים מהונדסים יתקבלו כמוצרים, החברה תאיץ את רביית הצמח ותפחית את עלויות הייצור הנלוות".
אודות פרופסור חבר טומוקו איגאווה ד"ר טומוקו איקאווה הוא עוזר פרופסור בבית הספר לתארים מתקדמים לגננות, המרכז למדעי הצמח המולקולרי, והמרכז לחקלאות בחלל וחקר גננות, אוניברסיטת צ'יבה, יפן. תחומי המחקר שלה כוללים רבייה ופיתוח מיני של צמחים וביוטכנולוגיה צמחית. עבודתה מתמקדת בהבנת המנגנונים המולקולריים של רבייה מינית והתמיינות תאי צמחים באמצעות מערכות טרנסגניות שונות. יש לה מספר פרסומים בתחומים אלה והיא חברה באגודה היפנית לביוטכנולוגיה צמחית, האגודה הבוטנית של יפן, החברה היפנית לגידול צמחים, האגודה היפנית לפיזיולוגים צמחיים, והאגודה הבינלאומית לחקר רבייה מינית של צמחים.
התמיינות אוטונומית של תאים מהונדסים ללא שימוש חיצוני בהורמונים: ביטוי של גנים אנדוגניים והתנהגות של פיטו-הורמונים
המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהיעדר קשרים מסחריים או פיננסיים כלשהם שעלולים להתפרש כניגוד עניינים אפשרי.
כתב ויתור: AAAS ו- EurekAlert אינן אחראיות לדיוק ההודעות לעיתונות שפורסמו ב- EurekAlert! כל שימוש במידע על ידי הארגון המספק את המידע או באמצעות מערכת EurekAlert.