I progressi nella biotecnologia vegetale possono affrontare i problemi futuri associati alla scarsità di cibo consentendo la produzione di piante geneticamente modificate (GM) con maggiore produttività e resilienza ai cambiamenti climatici.

Naturalmente, le piante possono rigenerare un'intera nuova pianta da una singola cellula "totipotente" (una cellula che può dare origine a più tipi cellulari) attraverso la dedifferenziazione e la ridifferenziazione in cellule con varie strutture e funzioni. La regolazione artificiale di tali cellule totipotenti attraverso la coltura di tessuti vegetali è ampiamente utilizzata per la conservazione delle piante, la riproduzione, la generazione di specie geneticamente modificate e per scopi di ricerca scientifica.

Convenzionalmente, la coltura dei tessuti per la rigenerazione delle piante richiede l'applicazione di regolatori della crescita delle piante (PGR), come auxine e citochinine, per controllare la differenziazione cellulare. Tuttavia, le condizioni ormonali ottimali possono variare in modo significativo a seconda delle specie vegetali, delle condizioni di coltura e del tipo di tessuto. Pertanto, stabilire condizioni PGR ottimali può essere un'operazione lunga e laboriosa.

Per superare questa sfida, la professoressa associata Tomoko Igawa, insieme alla professoressa associata Mai F. Minamikawa dell'Università di Chiba, al professor Hitoshi Sakakibara della Graduate School of Bioagricultural Sciences, dell'Università di Nagoya e al tecnico esperto Mikiko Kojima del RIKEN CSRS, hanno sviluppato un metodo versatile della rigenerazione delle piante modulando l'espressione dei geni "regolatori dello sviluppo" (DR) che controllano la differenziazione delle cellule vegetali.

Fornendo ulteriori approfondimenti sul loro lavoro di ricerca pubblicato in Frontiers in Plant Science , Il Dr. Igawa afferma:"Invece di utilizzare PGR esterni, il nostro sistema utilizza i geni DR, che sono coinvolti nello sviluppo e nella morfogenesi, per controllare la differenziazione cellulare. Il sistema utilizza geni del fattore di trascrizione e assomiglia alla generazione di cellule pluripotenti indotte nei mammiferi." /P>

I ricercatori hanno espresso ectopicamente due geni DR, vale a dire BABY BOOM (BBM) e WUSCHEL (WUS) dall'Arabidopsis thaliana (usata come pianta modello) e hanno esaminato i loro effetti sulla differenziazione delle colture di tessuti di tabacco, lattuga e petunia. BBM codifica un fattore di trascrizione che regola lo sviluppo embrionale, mentre WUS codifica un fattore di trascrizione che mantiene l'identità delle cellule staminali nella regione del meristema apicale del germoglio.

I loro esperimenti hanno rivelato che l'espressione di Arabidopsis BBM o WUS da sola era insufficiente per indurre la differenziazione cellulare nel tessuto delle foglie di tabacco. Al contrario, la co-espressione di BBM funzionalmente migliorato e WUS funzionalmente modificato ha indotto un fenotipo di differenziazione accelerato e autonomo.

Le cellule fogliari transgeniche si differenziavano in calli (una massa disorganizzata di cellule), strutture verdastre simili a organi e germogli avventizi in assenza di applicazione PGR. L'analisi quantitativa della reazione a catena della polimerasi (qPCR) (una tecnica utilizzata per quantificare le trascrizioni genetiche) ha rivelato che l'espressione di Arabidopsis BBM e WUS era associata alla formazione di calli e germogli transgenici.

Dato il ruolo chiave dei fitormoni nella divisione e differenziazione cellulare, i ricercatori hanno quantificato i livelli di sei fitormoni, vale a dire:auxine, citochinine, acido abscissico (ABA), gibberelline (GA), acido jasmonico (JA), acido salicilico ( SA) e i loro metaboliti nelle colture vegetali transgeniche. Le loro scoperte hanno rivelato che i livelli di auxine attive, citochinine, ABA e GA inattivi aumentavano man mano che le cellule si differenziavano per formare organi, evidenziando il loro ruolo nella differenziazione e nell'organogenesi delle cellule vegetali.

Inoltre, i ricercatori hanno utilizzato il trascrittoma mediante sequenziamento dell'RNA (una tecnica utilizzata per l'analisi qualitativa e quantitativa dell'espressione genica) per valutare i modelli di espressione genica nelle cellule transgeniche che mostravano una differenziazione attiva. I loro risultati hanno suggerito che i geni legati alla proliferazione cellulare e alle auxine erano arricchiti tra i geni differenzialmente sovraregolati.

Un'ulteriore convalida utilizzando qPCR ha rivelato che quattro geni erano sovraregolati o sottoregolati nelle cellule transgeniche, compresi quelli che regolano la differenziazione delle cellule vegetali, il metabolismo, l'organogenesi e la risposta all'auxina.

Nel complesso, questi risultati fanno luce sull’approccio nuovo e versatile alla rigenerazione delle piante senza la necessità di applicare esternamente il PGR. Inoltre, il sistema utilizzato in questo studio ha il potenziale per far avanzare la nostra comprensione dei processi fondamentali di differenziazione delle cellule vegetali e migliorare la selezione biotecnologica di specie vegetali utili.

Il Dr. Igawa afferma:"Il sistema descritto può migliorare la selezione delle piante fornendo uno strumento per indurre la differenziazione cellulare delle cellule vegetali GM senza l'applicazione di PGR. Pertanto, nelle società in cui le piante GM sono accettate come prodotti, accelererebbe la selezione delle piante e ridurrebbe la produzione associata". costi."