Imagen: Los métodos tradicionales de regeneración de plantas requieren el uso de reguladores del crecimiento de las plantas, como hormonas, que pueden ser específicos de cada especie y requerir mucha mano de obra. En un nuevo estudio, los científicos han desarrollado un nuevo sistema de regeneración de plantas regulando la función y expresión de genes implicados en la desdiferenciación (proliferación celular) y la rediferenciación (organogénesis) de las células vegetales. Ver más
Los métodos tradicionales de regeneración de plantas requieren el uso dereguladores del crecimiento de las plantascomohormonas, que pueden ser específicos de cada especie y requerir mucha mano de obra. En un nuevo estudio, los científicos han desarrollado un nuevo sistema de regeneración de plantas regulando la función y expresión de genes implicados en la desdiferenciación (proliferación celular) y la rediferenciación (organogénesis) de las células vegetales.
Las plantas han sido durante muchos años la principal fuente de alimento para animales y humanos. Además, las plantas se utilizan para extraer diversos compuestos farmacéuticos y terapéuticos. Sin embargo, su mal uso y la creciente demanda de alimentos resaltan la necesidad de nuevos métodos de cultivo de plantas. Los avances en biotecnología vegetal podrían resolver la futura escasez de alimentos mediante la producción de plantas genéticamente modificadas (GM) que sean más productivas y resilientes al cambio climático.
Naturalmente, las plantas pueden regenerar plantas completamente nuevas a partir de una única célula "totipotente" (una célula que puede dar lugar a múltiples tipos de células) al desdiferenciarse y rediferenciarse en células con diferentes estructuras y funciones. El acondicionamiento artificial de dichas células totipotentes mediante cultivo de tejidos vegetales se utiliza ampliamente para la protección de plantas, el mejoramiento, la producción de especies transgénicas y con fines de investigación científica. Tradicionalmente, el cultivo de tejidos para la regeneración de plantas requiere el uso de reguladores del crecimiento vegetal (GGR), como auxinas y citoquininas, para controlar la diferenciación celular. Sin embargo, las condiciones hormonales óptimas pueden variar significativamente según la especie de planta, las condiciones de cultivo y el tipo de tejido. Por lo tanto, crear condiciones óptimas de exploración puede ser una tarea que requiere mucho tiempo y mano de obra.
Para superar este problema, el profesor asociado Tomoko Ikawa, junto con el profesor asociado Mai F. Minamikawa de la Universidad de Chiba, el profesor Hitoshi Sakakibara de la Escuela de Graduados en Ciencias Bioagrícolas de la Universidad de Nagoya y Mikiko Kojima, un técnico experto de RIKEN CSRS, desarrollaron un método universal. para el control de plantas mediante regulación. Expresión de genes de diferenciación celular "regulados por el desarrollo" (DR) para lograr la regeneración de las plantas. Publicado en el volumen 15 de Frontiers in Plant Science el 3 de abril de 2024, el Dr. Ikawa proporcionó más información sobre su trabajo de investigación y afirmó: “Nuestro sistema no utiliza PGR externos, sino que utiliza genes de factores de transcripción para controlar la diferenciación celular. similar a las células pluripotentes inducidas en mamíferos”.
Los investigadores expresaron ectópicamente dos genes DR, BABY BOOM (BBM) y WUSCHEL (WUS), de Arabidopsis thaliana (utilizada como planta modelo) y examinaron su efecto en la diferenciación de cultivos de tejidos de tabaco, lechuga y petunia. BBM codifica un factor de transcripción que regula el desarrollo embrionario, mientras que WUS codifica un factor de transcripción que mantiene la identidad de las células madre en la región del meristemo apical del brote.
Sus experimentos demostraron que la expresión de Arabidopsis BBM o WUS por sí sola no es suficiente para inducir la diferenciación celular en el tejido de las hojas de tabaco. Por el contrario, la coexpresión de BBM funcionalmente mejorada y WUS funcionalmente modificada induce un fenotipo de diferenciación autónoma acelerada. Sin el uso de PCR, las células de las hojas transgénicas se diferenciaron en callos (masa celular desorganizada), estructuras verdes parecidas a órganos y yemas adventicias. El análisis cuantitativo de la reacción en cadena de la polimerasa (qPCR), un método utilizado para cuantificar las transcripciones de genes, mostró que la expresión de Arabidopsis BBM y WUS se correlacionaba con la formación de callos y brotes transgénicos.
Teniendo en cuenta el papel crucial de las fitohormonas en la división y diferenciación celular, los investigadores cuantificaron los niveles de seis fitohormonas: auxina, citoquinina, ácido abscísico (ABA), giberelina (GA), ácido jasmónico (JA), ácido salicílico (SA) y sus Metabolitos en cultivos de plantas transgénicas. Sus resultados mostraron que los niveles de auxina activa, citoquinina, ABA y GA inactiva aumentan a medida que las células se diferencian en órganos, destacando su papel en la diferenciación de las células vegetales y la organogénesis.
Además, los investigadores utilizaron transcriptomas de secuenciación de ARN, un método para el análisis cualitativo y cuantitativo de la expresión genética, para evaluar patrones de expresión genética en células transgénicas que exhiben diferenciación activa. Sus resultados mostraron que los genes relacionados con la proliferación celular y las auxinas estaban enriquecidos en genes regulados diferencialmente. Un examen más detallado mediante qPCR reveló que las células transgénicas habían aumentado o disminuido la expresión de cuatro genes, incluidos genes que regulan la diferenciación de las células vegetales, el metabolismo, la organogénesis y la respuesta a las auxinas.
En general, estos resultados revelan un enfoque nuevo y versátil para la regeneración de plantas que no requiere la aplicación externa de PCR. Además, el sistema utilizado en este estudio puede mejorar nuestra comprensión de los procesos fundamentales de diferenciación de células vegetales y mejorar la selección biotecnológica de especies de plantas útiles.
Destacando las posibles aplicaciones de su trabajo, el Dr. Ikawa dijo: “El sistema presentado podría mejorar el fitomejoramiento al proporcionar una herramienta para inducir la diferenciación celular de células vegetales transgénicas sin necesidad de PCR. Por lo tanto, antes de que las plantas transgénicas sean aceptadas como productos, la sociedad acelerará el fitomejoramiento y reducirá los costos de producción asociados”.
Acerca del profesor asociado Tomoko Igawa El Dr. Tomoko Ikawa es profesor asistente en la Escuela de Graduados en Horticultura, el Centro de Ciencias Moleculares de las Plantas y el Centro de Investigación sobre Agricultura y Horticultura Espacial de la Universidad de Chiba, Japón. Sus intereses de investigación incluyen la reproducción y el desarrollo sexual de las plantas y la biotecnología vegetal. Su trabajo se centra en comprender los mecanismos moleculares de la reproducción sexual y la diferenciación de células vegetales utilizando diversos sistemas transgénicos. Tiene varias publicaciones en estos campos y es miembro de la Sociedad Japonesa de Biotecnología Vegetal, la Sociedad Botánica de Japón, la Sociedad Japonesa de Mejoramiento Vegetal, la Sociedad Japonesa de Fisiólogos Vegetales y la Sociedad Internacional para el Estudio de la Reproducción Sexual de las Plantas.
Diferenciación autónoma de células transgénicas sin uso externo de hormonas: expresión de genes endógenos y comportamiento de fitohormonas.
Los autores declaran que la investigación se realizó en ausencia de relaciones comerciales o financieras que pudieran interpretarse como un potencial conflicto de intereses.
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Hora de publicación: 22 de agosto de 2024