منوعات

نهج جديد للتجديد الوراثي للنباتات دون استخدام الهرمونات النباتية

تتطلب أساليب تجديد نباتات زراعة الخلايا التقليدية تطبيقًا خارجيًا لمنظمات نمو النبات، بما في ذلك الهرمونات. ومع ذلك، فإن تحسين ظروف النمو يمكن أن يكون شاقًا. الآن، طور الباحثون نظامًا جديدًا لتجديد النباتات يلغي الحاجة إلى تطبيق الهرمونات عن طريق التنظيم الوراثي للتعبير عن الجينات التي تتحكم في تمايز الخلايا النباتية. يحمل عملهم إمكانات كبيرة لتطوير النباتات المعدلة وراثيا بطريقة أبسط وأكثر فعالية من حيث التكلفة.

على مر العصور، كانت النباتات المصدر الرئيسي للتغذية للحيوانات والبشرية. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم النباتات لاستخلاص المركبات الطبية والعلاجية المختلفة. ومع ذلك، فإن استخدامها العشوائي، إلى جانب الطلب المتزايد على الغذاء، يسلط الضوء على الحاجة إلى ممارسات جديدة لتربية النباتات. يمكن للتقدم في التكنولوجيا الحيوية النباتية أن يعالج القضايا المتعلقة بندرة الغذاء في المستقبل من خلال تمكين إنتاج النباتات المعدلة وراثيا مع زيادة الإنتاجية والقدرة على التكيف مع تغير المناخ.

وبطبيعة الحال، يمكن للنباتات تجديد نبات جديد بالكامل من خلية واحدة “كاملة القدرة” (خلية يمكن أن تؤدي إلى أنواع متعددة من الخلايا) من خلال عدم التمايز وإعادة التمايز إلى خلايا ذات هياكل ووظائف متنوعة. يُستخدم التنظيم الاصطناعي لهذه الخلايا الكاملة من خلال زراعة الأنسجة النباتية على نطاق واسع في حفظ وتربية وتوليد الأنواع المعدلة وراثيًا والبحث العلمي. تقليديًا، تتطلب زراعة الأنسجة لتجديد النبات استخدام منظمات نمو النبات (PGRs)، مثل الأوكسينات والسيتوكينينات، للتحكم في تمايز الخلايا. ومع ذلك، يمكن أن تختلف الظروف الهرمونية المثالية بشكل كبير اعتمادًا على أنواع النباتات وظروف النمو ونوع الأنسجة. ولذلك، فإن إنشاء ظروف PGR المثلى يمكن أن يستغرق وقتًا طويلاً وشاقًا.

ولمواجهة هذا التحدي، قام البروفيسور المشارك توموكو إيجاوا، والأستاذ المشارك ماي ف. ميناميكاوا من جامعة تشيبا، والبروفيسور هيتوشي ساكاكيبارا من كلية الدراسات العليا للعلوم الزراعية الحيوية بجامعة ناغويا، والفني الخبير ميكيكو كوجيما من RIKEN CSRS، بتطوير طريقة متعددة الاستخدامات. تجديد النباتات عن طريق تعديل التعبير عن جينات “منظم النمو” (DR) التي تتحكم في تمايز الخلايا النباتية. من خلال تقديم نظرة أعمق لأبحاثهم المنشورة في 3 أبريل 2024 في المجلد 15 من Frontiers in Plant Science، يقول الدكتور إيجاوا: “بدلاً من استخدام الموارد الوراثية النباتية الخارجية، يستخدم نظامنا جينات DR، التي تشارك في التطور والتشكل، للتحكم في الخلية. التفاضل. يستخدم النظام جينات عامل النسخ ويشبه توليد الخلايا متعددة القدرات المستحثة في الثدييات.

عبر الباحثون خارج الرحم عن اثنين من جينات DR، وهما BABY BOOM (BBM) وWUSCHEL (WUS) من Arabidopsis thaliana (المستخدم كنبات نموذجي)، وفحصوا آثارهما على تمايز زراعة الأنسجة في التبغ والخس والبطونية. يقوم BBM بتشفير عامل النسخ الذي ينظم التطور الجنيني، في حين يقوم WUS بتشفير عامل النسخ الذي يحافظ على هوية الخلية الجذعية في منطقة النسيج الإنشائي القمي.

كشفت تجاربهم أن التعبير عن الأرابيدوبسيس BBM أو WUS وحده لم يكن كافيًا للحث على تمايز الخلايا في أنسجة أوراق التبغ. على العكس من ذلك، أدى التعبير المشترك عن BBM المحسّن وظيفيًا وWUS المعدّل وظيفيًا إلى ظهور النمط الظاهري للتمايز المتسارع والمستقل. تمايزت خلايا الأوراق المعدلة وراثيا إلى النسيج (كتلة غير منظمة من الخلايا)، وهياكل تشبه الأعضاء الخضراء، وبراعم عرضية في غياب تطبيق PGR. كشف التحليل الكمي لتفاعل البلمرة المتسلسل (qPCR) (تقنية تستخدم لقياس نصوص الجينات) أن تعبير Arabidopsis BBM وWUS كان مرتبطًا بالكالس وتكوين البراعم المعدلة وراثيًا.

بالنظر إلى الدور الرئيسي للهرمونات النباتية في انقسام الخلايا وتمايزها، قام الباحثون بعد ذلك بقياس مستويات ستة هرمونات نباتية، وهي: الأوكسينات، السيتوكينين، حمض الأبسيسيك (ABA)، الجبرلين (GA)، حمض الياسمين (JA)، حمض الساليسيليك. (SA)، ومستقلباتها في الثقافات النباتية المعدلة وراثيا. كشفت النتائج التي توصلوا إليها أن مستويات الأوكسينات النشطة، والسيتوكينينات، وABA وGA غير النشطة زادت مع تمايز الخلايا لتكوين الأعضاء، مما يسلط الضوء على دورها في تمايز الخلايا النباتية وتولد الأعضاء.

بالإضافة إلى ذلك، استخدم الباحثون النسخة عن طريق تسلسل الحمض النووي الريبي (تقنية تستخدم للتحليل النوعي والكمي للتعبير الجيني) لتقييم أنماط التعبير الجيني في الخلايا المحورة وراثيا التي تظهر تمايزًا نشطًا. تشير نتائجهم إلى أن الجينات المرتبطة بتكاثر الخلايا والأوكسينات تم إثراءها بين الجينات المنتظمة تفاضليًا. كشف مزيد من التحقق من الصحة باستخدام qPCR أن أربعة جينات تم تنظيمها لأعلى أو لأسفل في الخلايا المحورة وراثيا، بما في ذلك تلك التي تنظم تمايز الخلايا النباتية، والتمثيل الغذائي، وتولد الأعضاء، واستجابة الأوكسين.

بشكل عام، تسلط هذه النتائج الضوء على النهج الجديد والمتعدد الاستخدامات لتجديد النباتات دون الحاجة إلى تطبيق خارجي للموارد الوراثية النباتية. علاوة على ذلك، فإن النظام المستخدم في هذه الدراسة لديه القدرة على تعزيز فهمنا لعمليات تمايز الخلايا النباتية الأساسية وتحسين تربية الأنواع النباتية المفيدة بالتكنولوجيا الحيوية.

وفي معرض تسليط الضوء على تطبيقات عملهم، يقول الدكتور إيجاوا: “يمكن للنظام المذكور تحسين تربية النباتات من خلال توفير أداة للحث على التمايز الخلوي للخلايا النباتية المعدلة وراثيًا دون تطبيق الموارد الوراثية النباتية. ولذلك، في المجتمعات التي يتم فيها قبول النباتات المعدلة وراثيا كمنتجات، فإن ذلك من شأنه تسريع عملية تربية النباتات وتقليل تكاليف الإنتاج المرتبطة بها.

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى