นักวิจัยกำลังพัฒนาวิธีการใหม่ในการสร้างพืชขึ้นใหม่โดยการควบคุมการแสดงออกของยีนที่ควบคุมการแบ่งตัวของเซลล์พืช

 รูปภาพ: วิธีการฟื้นฟูพืชแบบดั้งเดิมต้องใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช เช่น ฮอร์โมน ซึ่งอาจจำเพาะต่อสายพันธุ์และต้องใช้แรงงานมาก ในการศึกษาวิจัยใหม่ นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาระบบฟื้นฟูพืชแบบใหม่โดยควบคุมการทำงานและการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการแบ่งตัวของเซลล์และการแบ่งตัวใหม่ของเซลล์พืช ดูเพิ่มเติม
วิธีการดั้งเดิมในการฟื้นฟูพืชต้องใช้การใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชเช่นฮอร์โมนซึ่งอาจเป็นแบบจำเพาะต่อสายพันธุ์และต้องใช้แรงงานมาก ในการศึกษาวิจัยครั้งใหม่ นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาระบบการสร้างพืชใหม่โดยควบคุมการทำงานและการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการแบ่งตัวของเซลล์ (การแพร่พันธุ์ของเซลล์) และการแบ่งตัวใหม่ (การสร้างอวัยวะ) ของเซลล์พืช
พืชเป็นแหล่งอาหารหลักของสัตว์และมนุษย์มาเป็นเวลานานหลายปี นอกจากนี้ พืชยังถูกนำไปใช้สกัดสารเภสัชและยาต่างๆ อย่างไรก็ตาม การใช้พืชอย่างผิดวิธีและความต้องการอาหารที่เพิ่มขึ้นทำให้จำเป็นต้องมีวิธีการปรับปรุงพันธุ์พืชใหม่ๆ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีชีวภาพด้านพืชอาจช่วยแก้ปัญหาการขาดแคลนอาหารในอนาคตได้ด้วยการผลิตพืชดัดแปลงพันธุกรรม (GM) ที่ให้ผลผลิตมากขึ้นและทนต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศได้ดีขึ้น
ตามธรรมชาติแล้ว พืชสามารถสร้างพืชใหม่ขึ้นมาได้ทั้งหมดจากเซลล์ “totipotent” เพียงเซลล์เดียว (เซลล์ที่สามารถก่อให้เกิดเซลล์หลายประเภท) โดยการแยกตัวและแยกตัวใหม่เป็นเซลล์ที่มีโครงสร้างและหน้าที่ที่แตกต่างกัน การปรับสภาพเซลล์ totipotent ดังกล่าวโดยใช้การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชนั้นใช้กันอย่างแพร่หลายในการปกป้องพืช การผสมพันธุ์ การผลิตสายพันธุ์ดัดแปลงพันธุกรรม และเพื่อวัตถุประสงค์ในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ โดยทั่วไป การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อเพื่อการสร้างพืชใหม่ต้องใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช (GGR) เช่น ออกซินและไซโตไคนิน เพื่อควบคุมการแยกตัวของเซลล์ อย่างไรก็ตาม สภาวะฮอร์โมนที่เหมาะสมที่สุดอาจแตกต่างกันอย่างมาก ขึ้นอยู่กับชนิดของพืช สภาวะการเพาะเลี้ยง และประเภทของเนื้อเยื่อ ดังนั้น การสร้างสภาวะการสำรวจที่เหมาะสมที่สุดจึงอาจเป็นงานที่ต้องใช้เวลาและแรงงานมาก
เพื่อเอาชนะปัญหานี้ รองศาสตราจารย์ Tomoko Ikawa ร่วมกับรองศาสตราจารย์ Mai F. Minamikawa จากมหาวิทยาลัย Chiba ศาสตราจารย์ Hitoshi Sakakibara จากบัณฑิตวิทยาลัยวิทยาศาสตร์เกษตรชีวภาพ มหาวิทยาลัย Nagoya และ Mikiko Kojima ช่างเทคนิคผู้เชี่ยวชาญจาก RIKEN CSRS ได้พัฒนาวิธีการสากลสำหรับการควบคุมพืชผ่านการควบคุม การแสดงออกของยีนที่ควบคุมการแบ่งตัวของเซลล์ที่ "มีการควบคุมตามพัฒนาการ" (DR) เพื่อให้พืชสามารถฟื้นฟูได้ ดร. Ikawa ได้เผยแพร่ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับงานวิจัยของพวกเขาในวารสาร Frontiers in Plant Science ฉบับที่ 15 เมื่อวันที่ 3 เมษายน 2024 โดยระบุว่า "ระบบของเราไม่ได้ใช้ PGR ภายนอก แต่ใช้ยีนปัจจัยการถอดรหัสเพื่อควบคุมการแบ่งตัวของเซลล์ ซึ่งคล้ายกับเซลล์พหุศักยภาพที่เกิดขึ้นในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม"
นักวิจัยแสดงยีน DR สองยีน ได้แก่ BABY BOOM (BBM) และ WUSCHEL (WUS) จาก Arabidopsis thaliana (ใช้เป็นพืชต้นแบบ) นอกสถานที่ และตรวจสอบผลของยีนเหล่านี้ต่อการแยกตัวของยาสูบ ผักกาดหอม และเพทูเนียจากการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ BBM เข้ารหัสปัจจัยการถอดรหัสที่ควบคุมการพัฒนาของตัวอ่อน ในขณะที่ WUS เข้ารหัสปัจจัยการถอดรหัสที่รักษาเอกลักษณ์ของเซลล์ต้นกำเนิดในบริเวณของเนื้อเยื่อเจริญปลายยอด
การทดลองของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าการแสดงออกของ Arabidopsis BBM หรือ WUS เพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะกระตุ้นให้เซลล์แบ่งตัวในเนื้อเยื่อใบยาสูบ ในทางตรงกันข้าม การแสดงออกร่วมกันของ BBM ที่ได้รับการเสริมประสิทธิภาพการทำงานและ WUS ที่ได้รับการดัดแปลงการทำงานจะกระตุ้นให้เกิดลักษณะการแบ่งตัวแบบอัตโนมัติที่เร็วขึ้น หากไม่ใช้ PCR เซลล์ใบที่ดัดแปลงพันธุกรรมจะแบ่งตัวเป็นแคลลัส (มวลเซลล์ที่ไม่เป็นระเบียบ) โครงสร้างคล้ายอวัยวะสีเขียว และตาที่เกิดขึ้นเอง การวิเคราะห์ปฏิกิริยาลูกโซ่พอลิเมอเรสเชิงปริมาณ (qPCR) ซึ่งเป็นวิธีที่ใช้ในการวัดปริมาณทรานสคริปต์ของยีน แสดงให้เห็นว่าการแสดงออกของ Arabidopsis BBM และ WUS มีความสัมพันธ์กับการสร้างแคลลัสและยอดที่ดัดแปลงพันธุกรรม
เมื่อพิจารณาถึงบทบาทสำคัญของฮอร์โมนพืชในการแบ่งตัวและการแยกตัวของเซลล์ นักวิจัยได้วัดปริมาณฮอร์โมนพืช 6 ชนิด ได้แก่ ออกซิน ไซโตไคนิน กรดแอบซิซิก (ABA) จิบเบอเรลลิน (GA) กรดจัสมอนิก (JA) กรดซาลิไซลิก (SA) และเมแทบอไลต์ของฮอร์โมนเหล่านี้ในพืชดัดแปลงพันธุกรรม ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าระดับของออกซิน ไซโตไคนิน ABA และ GA ที่ไม่ทำงานจะเพิ่มขึ้นเมื่อเซลล์แยกตัวเป็นอวัยวะ ซึ่งเน้นถึงบทบาทของฮอร์โมนเหล่านี้ในกระบวนการแยกตัวและการสร้างอวัยวะของเซลล์พืช
นอกจากนี้ นักวิจัยยังใช้ทรานสคริปโทมการเรียงลำดับอาร์เอ็นเอ ซึ่งเป็นวิธีการวิเคราะห์เชิงคุณภาพและเชิงปริมาณของการแสดงออกของยีน เพื่อประเมินรูปแบบการแสดงออกของยีนในเซลล์ทรานสเจนิกที่แสดงการแบ่งตัวของเซลล์อย่างแข็งขัน ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่ายีนที่เกี่ยวข้องกับการแพร่กระจายของเซลล์และออกซินมีความเข้มข้นในยีนที่มีการควบคุมที่แตกต่างกัน การตรวจสอบเพิ่มเติมโดยใช้ qPCR เผยให้เห็นว่าเซลล์ทรานสเจนิกมีการแสดงออกของยีนเพิ่มขึ้นหรือลดลง 4 ยีน รวมถึงยีนที่ควบคุมการแบ่งตัวของเซลล์พืช การเผาผลาญ การสร้างอวัยวะ และการตอบสนองต่อออกซิน
โดยรวมแล้ว ผลลัพธ์เหล่านี้เผยให้เห็นแนวทางใหม่และหลากหลายในการสร้างพืชใหม่ซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้ PCR จากภายนอก นอกจากนี้ ระบบที่ใช้ในการศึกษานี้อาจช่วยให้เราเข้าใจกระบวนการพื้นฐานของการแยกตัวของเซลล์พืชได้ดีขึ้น และปรับปรุงการคัดเลือกพันธุ์พืชที่มีประโยชน์ทางเทคโนโลยีชีวภาพ
ดร. อิกาวะเน้นย้ำถึงการประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้ของงานของเขาว่า “ระบบที่รายงานมาสามารถปรับปรุงการผสมพันธุ์พืชได้โดยให้เครื่องมือสำหรับกระตุ้นการแบ่งตัวของเซลล์พืชดัดแปลงพันธุกรรมโดยไม่ต้องใช้ PCR ดังนั้น ก่อนที่พืชดัดแปลงพันธุกรรมจะได้รับการยอมรับว่าเป็นผลิตภัณฑ์ สังคมจะเร่งการผสมพันธุ์พืชและลดต้นทุนการผลิตที่เกี่ยวข้อง”
เกี่ยวกับรองศาสตราจารย์ Tomoko Igawa ดร. Tomoko Ikawa เป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่บัณฑิตวิทยาลัยพืชสวน ศูนย์วิทยาศาสตร์พืชโมเลกุล และศูนย์วิจัยการเกษตรและพืชสวนอวกาศ มหาวิทยาลัยชิบะ ประเทศญี่ปุ่น เธอสนใจวิจัยเกี่ยวกับการสืบพันธุ์และการพัฒนาแบบอาศัยเพศของพืช และเทคโนโลยีชีวภาพของพืช งานของเธอเน้นที่การทำความเข้าใจกลไกระดับโมเลกุลของการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศและการแยกตัวของเซลล์พืชโดยใช้ระบบทรานสเจนิกต่างๆ เธอมีผลงานตีพิมพ์หลายชิ้นในสาขาเหล่านี้ และเป็นสมาชิกของ Japan Society of Plant Biotechnology, the Botanical Society of Japan, the Japanese Plant Breeding Society, the Japanese Society of Plant Physiologists และ the International Society for the Study of Plant Sexual Reproduction
การแบ่งเซลล์แบบอัตโนมัติของเซลล์ทรานส์เจนิกโดยไม่ต้องใช้ฮอร์โมนจากภายนอก: การแสดงออกของยีนภายในและพฤติกรรมของฮอร์โมนพืช
ผู้เขียนขอประกาศว่าการวิจัยดังกล่าวดำเนินการโดยไม่มีความสัมพันธ์เชิงพาณิชย์หรือทางการเงินใดๆ ที่อาจตีความได้ว่าอาจเกิดความขัดแย้งทางผลประโยชน์ได้
ข้อจำกัดความรับผิดชอบ: AAAS และ EurekAlert ไม่รับผิดชอบต่อความถูกต้องแม่นยำของข่าวประชาสัมพันธ์ที่เผยแพร่บน EurekAlert! การใช้งานข้อมูลใดๆ โดยองค์กรที่ให้ข้อมูลหรือผ่านระบบ EurekAlert