Picha: Mbinu za jadi za urejeshaji wa mimea zinahitaji matumizi ya vidhibiti ukuaji wa mimea kama vile homoni, ambazo zinaweza kuwa za spishi mahususi na zinazohitaji leba. Katika utafiti mpya, wanasayansi wameunda mfumo mpya wa kuzaliwa upya kwa mmea kwa kudhibiti kazi na usemi wa jeni zinazohusika katika utofautishaji (uenezi wa seli) na utofautishaji (organogenesis) wa seli za mmea. Tazama zaidi
Mbinu za jadi za kuzaliwa upya kwa mimea zinahitaji matumizi yavidhibiti vya ukuaji wa mimeakama vilehomonis, ambayo inaweza kuwa aina maalum na kazi kubwa. Katika utafiti mpya, wanasayansi wameunda mfumo mpya wa kuzaliwa upya kwa mmea kwa kudhibiti kazi na usemi wa jeni zinazohusika katika utofautishaji (uenezi wa seli) na utofautishaji (organogenesis) wa seli za mmea.
Mimea imekuwa chanzo kikuu cha chakula cha wanyama na wanadamu kwa miaka mingi. Kwa kuongeza, mimea hutumiwa kuchimba misombo mbalimbali ya dawa na matibabu. Hata hivyo, matumizi yao mabaya na kuongezeka kwa mahitaji ya chakula yanaangazia hitaji la mbinu mpya za kuzaliana mimea. Maendeleo katika teknolojia ya mimea yanaweza kutatua uhaba wa chakula kwa siku zijazo kwa kuzalisha mimea iliyobadilishwa vinasaba (GM) ambayo ina tija zaidi na inayostahimili mabadiliko ya hali ya hewa.
Kwa kawaida, mimea inaweza kuzalisha upya mimea mpya kabisa kutoka kwa seli moja ya "totipotent" (seli ambayo inaweza kutoa aina nyingi za seli) kwa kutenganisha na kutofautisha upya katika seli zilizo na miundo na kazi tofauti. Uwekaji wa hali ya bandia wa seli hizo za totipotent kupitia tamaduni ya tishu za mmea hutumiwa sana kwa ulinzi wa mimea, kuzaliana, uzalishaji wa spishi zinazobadilika na kwa madhumuni ya utafiti wa kisayansi. Kijadi, utamaduni wa tishu kwa ajili ya kuzaliwa upya kwa mimea unahitaji matumizi ya vidhibiti ukuaji wa mimea (GGRs), kama vile auxins na cytokinins, ili kudhibiti utofautishaji wa seli. Hata hivyo, hali bora ya homoni inaweza kutofautiana kwa kiasi kikubwa kulingana na aina ya mimea, hali ya utamaduni na aina ya tishu. Kwa hivyo, kuunda hali bora za uchunguzi inaweza kuwa kazi inayotumia wakati na kazi kubwa.
Ili kuondokana na tatizo hili, Profesa Mshiriki Tomoko Ikawa, pamoja na Profesa Mshiriki Mai F. Minamikawa kutoka Chuo Kikuu cha Chiba, Profesa Hitoshi Sakakibara kutoka Shule ya Wahitimu wa Sayansi ya Kilimo ya Kilimo ya Chuo Kikuu cha Nagoya na Mikiko Kojima, fundi mtaalam kutoka RIKEN CSRS, walibuni mbinu ya kimataifa ya udhibiti wa mimea kupitia udhibiti. Usemi wa jeni za utofautishaji wa seli "zinazodhibitiwa kimaendeleo" (DR) ili kufikia kuzaliwa upya kwa mimea. Iliyochapishwa katika Buku la 15 la Frontiers katika Sayansi ya Mimea mnamo Aprili 3, 2024, Dk. Ikawa alitoa maelezo zaidi kuhusu kazi yao ya utafiti, akisema: "Mfumo wetu hautumii PGR za nje, lakini badala yake hutumia jeni za kipengele cha nukuu kudhibiti utofautishaji wa seli. sawa na seli nyingi zinazoletwa kwa mamalia."
Watafiti walionyesha jeni mbili za DR, BABY BOOM (BBM) na WUSCHEL (WUS), kutoka Arabidopsis thaliana (inayotumiwa kama mmea wa mfano) na kuchunguza athari zao kwenye upambanuzi wa utamaduni wa tishu wa tumbaku, lettuce na petunia. BBM husimba kipengele cha nukuu ambacho hudhibiti ukuaji wa kiinitete, ilhali WUS husimba kipengele cha unukuzi ambacho hudumisha utambulisho wa seli shina katika eneo la risasi apical meristem.
Majaribio yao yalionyesha kuwa usemi wa Arabidopsis BBM au WUS pekee hautoshi kushawishi utofautishaji wa seli katika tishu za majani ya tumbaku. Kinyume chake, udhihirisho mshikamano wa BBM iliyoimarishwa kiutendaji na WUS iliyorekebishwa kiutendaji hushawishi utofautishaji wa uhuru wa phenotype unaoharakishwa. Bila matumizi ya PCR, seli za majani zinazobadilika badilika hutofautishwa kuwa callus (safu isiyo na mpangilio wa seli), miundo ya kijani kibichi inayofanana na kiungo na vipuli vya kuja. Uchambuzi wa kiasi cha mmenyuko wa mnyororo wa polimerasi (qPCR), mbinu inayotumiwa kutathmini nakala za jeni, ilionyesha kuwa Arabidopsis BBM na usemi wa WUS unahusiana na uundaji wa calli na vichipukizi.
Kwa kuzingatia jukumu muhimu la phytohormones katika mgawanyiko wa seli na utofautishaji, watafiti walikadiria viwango vya phytohormones sita, ambazo ni auxin, cytokinin, asidi ya abscisic (ABA), gibberellin (GA), asidi ya jasmonic (JA), salicylic acid (SA) na metabolites zake katika mazao ya mimea ya transgenic. Matokeo yao yalionyesha kuwa viwango vya auxin amilifu, cytokinin, ABA, na GA isiyofanya kazi huongezeka kadri seli zinavyotofautiana katika viungo, zikiangazia majukumu yao katika upambanuzi wa seli za mimea na oganogenesis.
Kwa kuongezea, watafiti walitumia nakala za mpangilio wa RNA, njia ya uchanganuzi wa ubora na wa kiasi cha usemi wa jeni, kutathmini mifumo ya usemi wa jeni katika seli za transgenic zinazoonyesha utofautishaji hai. Matokeo yao yalionyesha kuwa jeni zinazohusiana na kuenea kwa seli na auxin zilirutubishwa katika jeni zilizodhibitiwa tofauti. Uchunguzi zaidi kwa kutumia qPCR ulibaini kuwa seli za mabadiliko ya jeni zilikuwa zimeongeza au kupungua kwa usemi wa jeni nne, ikiwa ni pamoja na jeni zinazodhibiti utofautishaji wa seli za mimea, kimetaboliki, organogenesis, na majibu ya auxin.
Kwa ujumla, matokeo haya yanafichua mbinu mpya na yenye matumizi mengi ya urejeshaji wa mimea ambayo haihitaji matumizi ya nje ya PCR. Kwa kuongezea, mfumo uliotumika katika utafiti huu unaweza kuboresha uelewa wetu wa michakato ya kimsingi ya utofautishaji wa seli za mimea na kuboresha uteuzi wa kibayoteknolojia wa spishi muhimu za mimea.
Akiangazia uwezekano wa matumizi ya kazi yake, Dk. Ikawa alisema, "Mfumo ulioripotiwa unaweza kuboresha uenezaji wa mimea kwa kutoa zana ya kushawishi utofautishaji wa seli za seli za mimea zinazobadilika maumbile bila hitaji la PCR. Kwa hivyo, kabla ya mimea isiyobadilika kukubalika kama bidhaa, jamii itaharakisha kuzaliana kwa mimea na kupunguza gharama zinazohusiana na uzalishaji."
Kuhusu Profesa Mshiriki Tomoko Igawa Dk. Tomoko Ikawa ni profesa msaidizi katika Shule ya Wahitimu ya Kilimo cha Mimea, Kituo cha Sayansi ya Mimea ya Masi, na Kituo cha Utafiti wa Kilimo na Kilimo cha Anga, Chuo Kikuu cha Chiba, Japani. Masilahi yake ya utafiti ni pamoja na uzazi na ukuzaji wa kijinsia wa mimea na teknolojia ya mimea ya mimea. Kazi yake inaangazia kuelewa mifumo ya molekuli ya uzazi wa kijinsia na utofautishaji wa seli za mmea kwa kutumia mifumo mbali mbali ya jeni. Ana machapisho kadhaa katika nyanja hizi na ni mwanachama wa Jumuiya ya Kijapani ya Bayoteknolojia ya Mimea, Jumuiya ya Mimea ya Japani, Jumuiya ya Uzalishaji Mimea ya Kijapani, Jumuiya ya Kijapani ya Wanafizikia ya Mimea, na Jumuiya ya Kimataifa ya Utafiti wa Uzazi wa Ngono wa Mimea.
Utofautishaji wa uhuru wa seli za transgenic bila matumizi ya nje ya homoni: usemi wa jeni za asili na tabia ya phytohormones.
Waandishi wanatangaza kuwa utafiti ulifanywa bila kuwa na uhusiano wowote wa kibiashara au wa kifedha ambao unaweza kufasiriwa kama mgongano wa kimaslahi unaowezekana.
Kanusho: AAAS na EurekAlert haziwajibikii usahihi wa matoleo ya vyombo vya habari yaliyochapishwa kwenye EurekAlert! Matumizi yoyote ya taarifa na shirika linalotoa taarifa au kupitia mfumo wa EurekAlert.
Muda wa kutuma: Aug-22-2024