Imagen: Los métodos tradicionales de regeneración vegetal requieren el uso de reguladores del crecimiento vegetal, como hormonas, que pueden ser específicos de cada especie y requerir mucha mano de obra. En un nuevo estudio, científicos han desarrollado un nuevo sistema de regeneración vegetal mediante la regulación de la función y la 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, científicos han desarrollado un nuevo sistema de regeneración vegetal mediante la regulación de la función y la expresión de genes implicados en la desdiferenciación (proliferación celular) y la rediferenciación (organogénesis) de las células vegetales.
Las plantas han sido la principal fuente de alimento para animales y humanos durante muchos años. Además, se utilizan para extraer diversos compuestos farmacéuticos y terapéuticos. Sin embargo, su mal uso y la creciente demanda de alimentos ponen de relieve la necesidad de nuevos métodos de fitomejoramiento. Los avances en biotecnología vegetal podrían resolver la futura escasez de alimentos mediante la producción de plantas modificadas genéticamente (GM) más productivas y resilientes al cambio climático.
Naturalmente, las plantas pueden regenerar plantas completamente nuevas a partir de una sola célula "totipotente" (una célula que puede dar lugar a múltiples tipos celulares) mediante la desdiferenciación y rediferenciación en células con diferentes estructuras y funciones. El acondicionamiento artificial de estas 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 vegetal 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 vegetal, las condiciones de cultivo y el tipo de tejido. Por lo tanto, crear condiciones óptimas de exploración puede ser una tarea laboriosa y que requiere mucho tiempo.
Para superar este problema, la profesora asociada Tomoko Ikawa, junto con la profesora asociada Mai F. Minamikawa de la Universidad de Chiba, el profesor Hitoshi Sakakibara de la Escuela de Posgrado de Ciencias Bioagrícolas de la Universidad de Nagoya y Mikiko Kojima, técnica experta de RIKEN CSRS, desarrollaron un método universal para el control de plantas mediante la regulación. La 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, la Dra. Ikawa proporcionó más información sobre su trabajo de investigación, afirmando: "Nuestro sistema no utiliza PGR externos, sino 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 (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 BBM o WUS de Arabidopsis por sí sola no es suficiente para inducir la diferenciación celular en el tejido foliar del 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 foliares transgénicas se diferenciaron en callos (masa celular desorganizada), estructuras verdes similares a órganos y brotes adventicios. El análisis de la reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa (qPCR), un método utilizado para cuantificar las transcripciones génicas, mostró que la expresión de BBM y WUS de Arabidopsis se correlacionaba con la formación de callos y brotes transgénicos.
Considerando 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. Los resultados mostraron que los niveles de auxina activa, citoquinina, ABA y GA inactivo aumentan a medida que las células se diferencian en órganos, lo que destaca su papel en la diferenciación celular y la organogénesis de las plantas.
Además, los investigadores utilizaron transcriptomas de secuenciación de ARN, un método de análisis cualitativo y cuantitativo de la expresión génica, para evaluar los patrones de expresión génica en células transgénicas con diferenciación activa. Los resultados mostraron que los genes relacionados con la proliferación celular y la auxina se enriquecieron con genes regulados diferencialmente. Un análisis más detallado mediante qPCR reveló que las células transgénicas presentaron una expresión aumentada o disminuida de cuatro genes, incluyendo genes que regulan la diferenciación celular vegetal, el metabolismo, la organogénesis y la respuesta a la auxina.
En general, estos resultados revelan un enfoque nuevo y versátil para la regeneración vegetal que no requiere la aplicación externa de PCR. Además, el sistema empleado en este estudio podría mejorar nuestra comprensión de los procesos fundamentales de la diferenciación celular vegetal y optimizar la selección biotecnológica de especies vegetales útiles.
Destacando las posibles aplicaciones de su trabajo, el Dr. Ikawa afirmó: «El sistema reportado 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 de la Profesora Asociada Tomoko Igawa La Dra. Tomoko Ikawa es profesora adjunta en la Escuela de Posgrado de Horticultura, Centro de Ciencias Moleculares de las Plantas y Centro de Investigación en Agricultura Espacial y Horticultura de la Universidad de Chiba (Japón). Sus intereses de investigación incluyen la reproducción y el desarrollo sexual de las plantas, así como la biotecnología vegetal. Su trabajo se centra en la comprensión de los mecanismos moleculares de la reproducción sexual y la diferenciación celular vegetal mediante 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 llevó a cabo en ausencia de cualquier relación comercial o financiera que pudiera interpretarse como un posible conflicto de intereses.
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Hora de publicación: 22 de agosto de 2024