Oamenii de știință dezvăluie secretele regenerării plantelor

Cercetătorii din Japonia au identificat cum WOX13 Această genă controlează negativ soarta celulelor vegetale regenerabile, ceea ce afectează eficiența reînnoirii lăstarilor.

Plantele au capacitatea unică de a se regenera complet dintr-o celulă somatică, adică o celulă obișnuită care nu este implicată în mod normal în reproducere. Acest proces include din nou Formarea (sau nouă) a meristemului apical (SAM) care dă naștere organelor laterale, care sunt esențiale pentru reconstrucția plantelor.

La nivel celular, formarea SAM este controlată cu precizie de regulatori pozitivi sau negativi (gene/molecule de proteine) care pot stimula sau, respectiv, restricționa reînnoirea mugurilor. Dar care sunt particulele implicate? Există și alte niveluri de organizare care nu au fost încă dezvăluite?

Pentru a obține răspunsuri la întrebările de mai sus, un grup de cercetare condus de Institutul Nara de Știință și Tehnologie (NAIST) din Japonia a studiat procesul în ArabidopsisEste o plantă folosită în mod obișnuit în cercetarea genetică.

Cercetarea lor – publicată în Știința avanseazăPrincipalul regulator negativ al regenerării mugurilor a fost identificat și caracterizat. Au arătat cum HOMEOBOX LEGAT CU WUSCHEL 13 (WOX13(Gena și proteina sa pot îmbunătăți funcția non-meristemică (nedivizoare) a celulelor calusului, acționând ca o funcție transcripțională transcripțională)ARN-nivel) inhibitor, care afectează eficiența regenerării.

„Căutarea strategiilor de îmbunătățire a eficienței regenerării mugurilor în plante a fost un proces lung. Cu toate acestea, progresul a fost împiedicat de lipsa de claritate a mecanismelor de reglementare relevante. Studiul nostru completează acest gol prin identificarea unei noi căi”, explică Momoko Ikuchi. , cercetător principal în acest studiu. specificarea destinului celular”.

WOX13 și WUS care se represive reciproc joacă roluri cheie în determinarea destinului celular al celulelor calusului pluripotente. Ilustrare schematică a mecanismelor de reglare (stânga) și a modelelor de expresie spațială a WOX13 și WUS în populația de celule calus (dreapta). Credit: Momoko Ikuchi

Studiile anterioare ale echipei ei au demonstrat deja un rol WOX13 În repararea țesuturilor și aderența organelor după altoire. Prin urmare, au testat mai întâi rolul potențial al acestei gene în controlul reînnoirii mugurilor la A wox13 Arabidopsis mutant (o plantă cu o disfuncție WOX13) folosind un sistem de cultură tisulară în două etape.

Analiza fenotipică și imagistică a arătat că regenerarea mugurilor a fost accelerată (cu 3 zile mai repede) la plantele care nu au aceasta. WOX13Și mai încet când WOX13 expresie creată. În plus, la plantele normale, WOX13 au arătat niveluri de expresie reduse la nivel local în SAM. Aceste rezultate indică faptul că WOX13 Poate regla negativ regenerarea mugurilor.

Pentru a-și valida concluziile, cercetătorii au comparat wox13 mutanți și plante de tip sălbatic (normal) care utilizează secvențierea ARN la mai multe momente. absenta WOX13 Nu s-a schimbat semnificativ Arabidopsis Exprimarea genelor în condiții de inducere a calusului. Cu toate acestea, condițiile care au provocat arderea au sporit mult modificările induse wox13 Mutație, care duce la suprareglarea genelor care reglează meristemele.

Interesant este că aceste gene au fost reprimate în 24 de ore WOX13 Supraexpresie la plantele mutante. Și, în general, l-au găsit WOX13 Inhibă un subset de regulatori de țesut meristematic în timpul activării directe a genelor modulatoare ale peretelui celular implicate în expansiunea și diferențierea celulară. Secvențierea ARN-ului unicelular pe bază de Quartz-Seq2 (scRNA-seq) a confirmat rolul cheie al WOX13 În determinarea destinului celulelor calusului multipotente.

Acest studiu evidențiază faptul că, spre deosebire de alți regulatori negativi cunoscuți ai regenerării mugurilor, care inhibă doar trecerea de la calus la SAM, WOX13 Previne specificarea SAM prin încurajarea destinelor alternative. Realizează această inhibare printr-un circuit de reglare represiv reciproc cu regulatorul Wooși promovarea soartei celulelor non-meristemice prin inhibarea transcripției Woo și alți regulatori SAM și modulatori inductibili ai peretelui celular.

în acest fel, WOX13 Servește ca un regulator cheie al eficienței regenerării. Descoperirile noastre arată că knockout WOX13 Poate îmbunătăți achiziția de soartă a imaginilor și poate îmbunătăți eficiența reglementării imagistice. Aceasta înseamnă că WOX13 „Knockout poate servi ca instrument în agricultură și horticultură și pentru a promova regenerarea culturilor mediată de cultura de țesut”, conchide Ikuchi.

Referință: „HOMEOBOX 13 legat de WUSCHEL inhibă regenerarea noilor lăstari prin controlul destinului celular al calusului multipotent” de Nao Ogura, Yohei Sasagawa, Tasuku Ito, Toshiaki Tameshige, Satomi Kawai, Masaki Sano, Yuki Doll, Akira Iwase, Ayakamas Kawamura,. Suzuki, Itoshi Nikaido, Keiko Sugimoto și Momoko Ikuchi, 7 iulie 2023, Știința avansează.
doi: 10.1126/sciadv.adg6983