Picha: Mbinu za kitamaduni za kuzaliwa upya kwa mimea zinahitaji matumizi ya vidhibiti vya ukuaji wa mimea kama vile homoni, ambazo zinaweza kuwa maalum kwa spishi na zinazohitaji kazi nyingi. Katika utafiti mpya, wanasayansi wameunda mfumo mpya wa kuzaliwa upya kwa mimea kwa kudhibiti utendaji kazi na usemi wa jeni zinazohusika katika utofautishaji (uenezaji wa seli) na utofautishaji upya (organogenesis) wa seli za mimea. Tazama zaidi
Mbinu za kitamaduni za kurejesha mimea zinahitaji matumizi yavidhibiti vya ukuaji wa mimeakama vilehomonis, ambazo zinaweza kuwa maalum kwa spishi na zinazohitaji kazi nyingi. Katika utafiti mpya, wanasayansi wameunda mfumo mpya wa kuzaliwa upya kwa mimea kwa kudhibiti utendaji kazi na usemi wa jeni zinazohusika katika utofautishaji (uenezaji wa seli) na utofautishaji upya (organogenesis) wa seli za mimea.
Mimea imekuwa chanzo kikuu cha chakula kwa wanyama na wanadamu kwa miaka mingi. Zaidi ya hayo, mimea hiyo hutumika kutoa misombo mbalimbali ya dawa na tiba. Hata hivyo, matumizi mabaya yake na kuongezeka kwa mahitaji ya chakula kunaonyesha hitaji la mbinu mpya za uzalishaji wa mimea. Maendeleo katika bioteknolojia ya mimea yanaweza kutatua uhaba wa chakula katika siku zijazo kwa kuzalisha mimea iliyobadilishwa vinasaba (GM) ambayo ina tija zaidi na inayostahimili mabadiliko ya hali ya hewa.
Kwa kawaida, mimea inaweza kuzalisha mimea mipya kabisa kutoka kwa seli moja ya "totipotent" (seli ambayo inaweza kutoa aina nyingi za seli) kwa kuondoa na kutofautisha tena katika seli zenye miundo na kazi tofauti. Urekebishaji bandia wa seli hizo za totipotent kupitia utamaduni wa tishu za mimea hutumika sana kwa ajili ya ulinzi wa mimea, uzalishaji, uzalishaji wa spishi zilizobadilishwa jeni na kwa madhumuni ya utafiti wa kisayansi. Kijadi, utamaduni wa tishu kwa ajili ya kuzaliwa upya kwa mimea unahitaji matumizi ya vidhibiti vya ukuaji wa mimea (GGRs), kama vile auxins na saitokinins, kudhibiti utofautishaji wa seli. Hata hivyo, hali bora za homoni zinaweza kutofautiana kwa kiasi kikubwa kulingana na spishi ya mimea, hali ya utamaduni na aina ya tishu. Kwa hivyo, kuunda hali bora za uchunguzi kunaweza kuwa kazi inayochukua muda mwingi na inayohitaji nguvu nyingi.
Ili kushinda tatizo hili, Profesa Mshiriki Tomoko Ikawa, pamoja na Profesa Mshiriki Mai F. Minamikawa kutoka Chuo Kikuu cha Chiba, Profesa Hitoshi Sakakibara kutoka Shule ya Uzamili ya Sayansi ya Kilimo ya Chuo Kikuu cha Nagoya na Mikiko Kojima, fundi mtaalamu kutoka RIKEN CSRS, walitengeneza mbinu ya jumla ya udhibiti wa mimea kupitia udhibiti. Usemi wa jeni za utofautishaji wa seli "zilizodhibitiwa kimaendeleo" (DR) ili kufikia kuzaliwa upya kwa mimea. Iliyochapishwa katika Juzuu ya 15 ya Frontiers in Plant Science mnamo Aprili 3, 2024, Dkt. Ikawa alitoa taarifa zaidi kuhusu kazi yao ya utafiti, akisema: "Mfumo wetu hautumii PGR za nje, lakini badala yake hutumia jeni za kipengele cha unukuzi kudhibiti utofautishaji wa seli. sawa na seli zenye ganda linalosababishwa na mamalia."
Watafiti walionyesha jeni mbili za DR kwa njia ya nje ya mwili, BABY BOOM (BBM) na WUSCHEL (WUS), kutoka kwa Arabidopsis thaliana (inayotumika kama mmea wa mfano) na kuchunguza athari zao kwenye utofautishaji wa utamaduni wa tishu wa tumbaku, lettuce na petunia. BBM husimba kipengele cha unukuzi kinachodhibiti ukuaji wa kiinitete, ilhali WUS husimba kipengele cha unukuzi kinachodumisha utambulisho wa seli shina katika eneo la meristem ya apical ya shina.
Majaribio yao yalionyesha kwamba usemi wa Arabidopsis BBM au WUS pekee hautoshi kusababisha utofautishaji wa seli katika tishu za jani la tumbaku. Kwa upande mwingine, usemi wa BBM iliyoimarishwa kiutendaji na WUS iliyobadilishwa kiutendaji husababisha utofautishaji wa kasi wa kasi wa kujitegemea. Bila matumizi ya PCR, seli za jani zilizobadilishwa kijeni zilizogawanywa katika callus (seli isiyopangwa vizuri), miundo kama ya kiungo kijani na chipukizi zinazojitokeza. Uchambuzi wa mmenyuko wa mnyororo wa polimerasi ya kiasi (qPCR), mbinu inayotumika kupima nakala za jeni, ilionyesha kuwa usemi wa Arabidopsis BBM na WUS ulihusiana na uundaji wa calli na chipukizi zilizobadilishwa kijeni.
Kwa kuzingatia jukumu muhimu la homoni za phyto katika mgawanyiko na utofautishaji wa seli, watafiti walipima viwango vya homoni sita za phyto, ambazo ni auxin, saitokinin, asidi ya abscisic (ABA), gibberellin (GA), asidi ya jasmoniki (JA), asidi ya salicylic (SA) na metabolites zake katika mazao ya mimea yaliyobadilishwa vinasaba. Matokeo yao yalionyesha kuwa viwango vya auxin hai, saitokinin, ABA, na GA isiyofanya kazi huongezeka kadri seli zinavyotofautiana katika viungo, na kuangazia majukumu yao katika utofautishaji wa seli za mimea na organogenesis.
Kwa kuongezea, watafiti walitumia transcriptomes za mpangilio wa RNA, mbinu ya uchambuzi wa ubora na kiasi wa usemi wa jeni, ili kutathmini mifumo ya usemi wa jeni katika seli zilizobadilishwa jeni zinazoonyesha utofautishaji hai. Matokeo yao yalionyesha kuwa jeni zinazohusiana na ukuaji wa seli na auxin zilitajirishwa katika jeni zilizodhibitiwa tofauti. Uchunguzi zaidi kwa kutumia qPCR ulionyesha kuwa seli zilizobadilishwa jeni zilikuwa zimeongeza au kupunguza usemi wa jeni nne, ikiwa ni pamoja na jeni zinazodhibiti utofautishaji wa seli za mimea, kimetaboliki, organogenesis, na mwitikio wa auxin.
Kwa ujumla, matokeo haya yanaonyesha mbinu mpya na yenye matumizi mengi ya urejeshaji wa mimea ambayo haihitaji matumizi ya nje ya PCR. Zaidi ya hayo, mfumo unaotumika katika utafiti huu unaweza kuboresha uelewa wetu wa michakato ya msingi ya utofautishaji wa seli za mimea na kuboresha uteuzi wa kibiolojia wa spishi muhimu za mimea.
Akiangazia matumizi yanayowezekana ya kazi yake, Dkt. Ikawa alisema, "Mfumo ulioripotiwa unaweza kuboresha uzalishaji wa mimea kwa kutoa zana ya kushawishi utofautishaji wa seli za mimea iliyobadilishwa vinasaba bila hitaji la PCR. Kwa hivyo, kabla mimea iliyobadilishwa vinasaba kukubalika kama bidhaa, jamii itaharakisha uzalishaji wa mimea na kupunguza gharama zinazohusiana na uzalishaji."
Kuhusu Profesa Mshiriki Tomoko Igawa Dkt. Tomoko Ikawa ni profesa msaidizi katika Shule ya Uzamili ya Kilimo cha Bustani, Kituo cha Sayansi ya Mimea ya Molekuli, na Kituo cha Kilimo cha Anga na Utafiti wa Kilimo cha Bustani, Chuo Kikuu cha Chiba, Japani. Maslahi yake ya utafiti ni pamoja na uzazi wa mimea na maendeleo ya kijinsia na bioteknolojia ya mimea. Kazi yake inalenga kuelewa mifumo ya molekuli ya uzazi wa kijinsia na utofautishaji wa seli za mimea kwa kutumia mifumo mbalimbali ya transgenic. Ana machapisho kadhaa katika nyanja hizi na ni mwanachama wa Jumuiya ya Japani ya Bioteknolojia ya Mimea, Jumuiya ya Mimea ya Japani, Jumuiya ya Uzazi wa Mimea ya Japani, Jumuiya ya Kijapani ya Wanafiziolojia wa Mimea, na Jumuiya ya Kimataifa ya Utafiti wa Uzazi wa Ngono wa Mimea.
Utofautishaji wa seli za transgenic bila matumizi ya nje ya homoni: usemi wa jeni asilia na tabia ya phytohormones
Waandishi wanatangaza kwamba utafiti ulifanyika bila uhusiano wowote wa kibiashara au kifedha ambao unaweza kutafsiriwa kama mgongano wa kimaslahi.
Kanusho: AAAS na EurekAlert haziwajibiki kwa usahihi wa taarifa kwa vyombo vya habari zilizochapishwa kwenye EurekAlert! Matumizi yoyote ya taarifa na shirika linalotoa taarifa au kupitia mfumo wa EurekAlert.
Muda wa chapisho: Agosti-22-2024