Naukowcy odkrywają tajemnice regeneracji roślin

Naukowcy z Japonii ustalili, jak to zrobić WOX13 Gen ten negatywnie reguluje losy regenerujących się komórek roślinnych, wpływając na efektywność regeneracji pędów.

Rośliny mają wyjątkową zdolność do całkowitej regeneracji z komórki somatycznej, tj. normalnej komórki, która normalnie nie bierze udziału w rozmnażaniu. Proces ten obejmuje Ponownie Tworzenie (lub nowe) merystemu wierzchołkowego pędu (SAM), z którego powstają narządy boczne, niezbędne do odbudowy rośliny.

Na poziomie komórkowym tworzenie SAM jest precyzyjnie kontrolowane przez pozytywne lub negatywne regulatory (geny/cząsteczki białka), które mogą odpowiednio stymulować lub ograniczać regenerację pąków. Ale o jakie cząsteczki chodzi? Czy istnieją inne warstwy organizacyjne, które nie zostały jeszcze ujawnione?

Aby uzyskać odpowiedzi na powyższe pytania, grupa badawcza kierowana przez Instytut Nauki i Technologii Nara (NAIST) w Japonii zbadała ten proces w ArabidopsisJest rośliną powszechnie wykorzystywaną w badaniach genetycznych.

Ich badania – opublikowane w Postęp nauki– Zidentyfikowano i scharakteryzowano główny negatywny regulator regeneracji pąków. Pokazali jak HOMEOBOX ZWIĄZONY Z WUSCHELEM 13 (WOX13) Gen i jego białko mogą promować niemerystematyczną (niedzielącą się) funkcję komórek kalusa, działając jako transkryptom (RNA-level) inhibitor, który wpływa na skuteczność regeneracji.

„Poszukiwanie strategii zwiększających efektywność regeneracji pąków u roślin było długim procesem. Jednakże postęp został zahamowany przez brak jasności odpowiednich mechanizmów regulacyjnych. „Nasze badanie wypełnia tę lukę, identyfikując nową ścieżkę” wyjaśnia Momoko Ikuchi, główna badaczka tego badania. Specyfikacje losu komórki.

Wzajemnie represyjne WOX13 i WUS odgrywają kluczową rolę w określaniu losu komórek multipotencjalnych komórek kalusa. Schematyczna ilustracja mechanizmów regulacyjnych (po lewej) i przestrzennych wzorców ekspresji WOX13 i WUS w populacji komórek kalusa (po prawej). Źródło: Momoko Ikuchi

Wcześniejsze badania przeprowadzone przez jej zespół wykazały już rolę WOX13 W naprawie tkanek i adhezji narządów po przeszczepie. Dlatego najpierw przetestowali potencjalną rolę tego genu w kontrolowaniu regeneracji pąków u A wox13 Arabidopsis Mutant (roślina z dysfunkcją WOX13) przy użyciu dwuetapowego systemu hodowli tkankowej.

Analiza fenotypowa i obrazowa wykazała, że ​​regeneracja pąków została przyspieszona (3 dni szybciej) u roślin, którym jej brakowało WOX13I wolniej, kiedy WOX13 Wyrażenie zostało utworzone. Co więcej, w normalnych roślinach WOX13 wykazało obniżony poziom ekspresji lokalnie w SAM. Wyniki te na to wskazują WOX13 Może negatywnie regulować regenerację pąków.

Aby zweryfikować zasadność swoich ustaleń, naukowcy dokonali porównania wox13 mutanty i rośliny typu dzikiego (normalne) przy użyciu sekwencjonowania RNA w wielu punktach czasowych. brak WOX13 Nie zmieniło się znacząco Arabidopsis Ekspresja genów w warunkach wywołujących kalus. Jednakże warunki wywołania pożaru znacznie wzmocniły wywołane modyfikacje wox13 Mutacja prowadząca do regulacji w górę genów merystematycznych.

Co ciekawe, geny te uległy stłumieniu w ciągu 24 godzin WOX13 Nadekspresja w zmutowanych roślinach. W sumie znaleźli WOX13 Hamuje podzbiór merystematycznych regulatorów tkanki podczas bezpośredniej aktywacji genów modulatorów ściany komórkowej zaangażowanych w ekspansję i różnicowanie komórek. Sekwencjonowanie jednokomórkowego RNA oparte na kwarcu-Seq2 (scRNA-seq) potwierdziło kluczową rolę… WOX13 W określeniu losu multipotencjalnych komórek kalusa.

Badanie to podkreśla, że ​​w przeciwieństwie do innych znanych negatywnych regulatorów regeneracji pąków, które jedynie zapobiegają przejściu od kalusa do SAM, WOX13 Zapobiega specyfikacjom SAM, zachęcając do nabycia alternatywnych losów. Hamowanie to osiąga się poprzez wzajemnie represyjny obwód regulacyjny z regulatorem Zabiegaći promują niemerysemiczny los komórek poprzez hamowanie transkrypcji Zabiegać i inne regulatory SAM i stymulujące modulatory ściany komórkowej.

W ten sposób, WOX13 Pełni funkcję głównego regulatora efektywności regeneracji. „Nasze ustalenia wskazują, że był to nokaut WOX13 Może promować nabywanie losu obrazowania i zwiększać skuteczność regulacji obrazowania. To znaczy że WOX13 „Nokaut może służyć jako narzędzie w rolnictwie i ogrodnictwie oraz promować regenerację upraw za pośrednictwem hodowli tkankowych” – podsumowuje Icochi.

Odniesienie: „HOMEOBOX 13 ZWIĄZONY Z WUSCHEL hamuje regenerację nowych pędów poprzez kontrolowanie losu komórek pluripotencjalnego kalusa” autorstwa Nao Ogura, Yohei Sasagawa, Tasuku Ito, Toshiaki Tameshige, Satomi Kawai, Masaki Sano, Yuki Doll, Akira Iwase, Ayako Kawamura, Takamasa. Suzuki, Itoshi Nikaido, Keiko Sugimoto i Momoko Ikuchi, 7 lipca 2023 r., Postęp nauki.
doi: 10.1126/sciadv.adg6983