Gli scienziati rivelano i segreti della rigenerazione delle piante

I ricercatori in Giappone hanno identificato come WOX13 Questo gene controlla negativamente il destino delle cellule vegetali rinnovabili, il che influisce sull’efficienza del rinnovamento dei germogli.

Le piante hanno la capacità unica di rigenerarsi completamente a partire da una cellula somatica, cioè una cellula ordinaria che normalmente non è coinvolta nella riproduzione. Questo processo include Ancora Formazione (o nuova) del meristema apicale (SAM) che dà origine agli organi laterali, essenziali per la ricostruzione della pianta.

A livello cellulare, la formazione dei SAM è controllata precisamente da regolatori positivi o negativi (geni/molecole proteiche) che possono rispettivamente stimolare o limitare il rinnovamento delle gemme. Ma quali sono le particelle coinvolte? Ci sono altri livelli di organizzazione che non sono stati ancora rivelati?

Per ottenere risposte alle domande di cui sopra, un gruppo di ricerca guidato dal Nara Institute of Science and Technology (NAIST) in Giappone ha studiato il processo in ArabidopsisÈ una pianta comunemente utilizzata nella ricerca genetica.

La loro ricerca – pubblicata in La scienza avanzaIl principale regolatore negativo della rigenerazione delle gemme è stato identificato e caratterizzato. Hanno mostrato come HOMEOBOX CORRELATO A WUSCHEL 13 (WOX13(Il gene e la sua proteina possono migliorare la funzione non meristemica (non divisoria) delle cellule del callo agendo come una funzione trascrizionale trascrizionale)RNA-level) inibitore, che influisce sull’efficienza della rigenerazione.

“La ricerca di strategie per migliorare l’efficienza della rigenerazione delle gemme nelle piante è stato un processo lungo. Tuttavia, i progressi sono stati ostacolati dalla mancanza di chiarezza dei meccanismi regolatori pertinenti. Il nostro studio colma questa lacuna identificando un nuovo percorso”, spiega Momoko Ikuchi. , ricercatore capo di questo studio.specificazione del destino cellulare.

WOX13 e WUS reciprocamente repressivi svolgono un ruolo chiave nella determinazione del destino cellulare delle cellule del callo pluripotenti. Illustrazione schematica dei meccanismi di regolazione (a sinistra) e dei modelli di espressione spaziale di WOX13 e WUS nella popolazione di cellule del callo (a destra). Credito: Momoko Ikuchi

Precedenti studi condotti dal suo team hanno già dimostrato un ruolo WOX13 Nella riparazione dei tessuti e nell’adesione degli organi dopo l’innesto. Quindi, hanno prima testato il ruolo potenziale di questo gene nel controllo del rinnovamento delle gemme in A wox13 Arabidopsis mutante (una pianta con una disfunzione WOX13) utilizzando un sistema di coltura tissutale in due fasi.

L’analisi fenotipica e di imaging ha rivelato che la rigenerazione delle gemme era accelerata (3 giorni più velocemente) nelle piante che ne erano prive. WOX13E più lento quando WOX13 espressione creata. Inoltre, nelle piante normali, WOX13 hanno mostrato livelli di espressione ridotti localmente nel SAM. Questi risultati lo indicano WOX13 Può regolare negativamente la rigenerazione delle gemme.

Per convalidare i loro risultati, i ricercatori hanno confrontato wox13 mutanti e piante di tipo selvatico (normali) che utilizzano il sequenziamento dell’RNA in più punti temporali. assenza WOX13 Non è cambiato in modo significativo Arabidopsis Espressione genica in condizioni che inducono callo. Tuttavia, le condizioni che hanno causato la cottura hanno notevolmente accentuato le modifiche indotte wox13 Mutazione, che porta alla sovraregolazione dei geni che regolano il meristema.

È interessante notare che questi geni venivano repressi entro 24 ore WOX13 Sovraespressione nelle piante mutanti. E in generale, l’hanno trovato WOX13 Inibisce un sottoinsieme di regolatori tissutali meristematici durante l’attivazione diretta dei geni modulatori della parete cellulare coinvolti nell’espansione cellulare e nella differenziazione cellulare. Il sequenziamento dell’RNA a cellula singola basato su Quartz-Seq2 (scRNA-seq) ha confermato il ruolo chiave di WOX13 Nel determinare il destino delle cellule multipotenti del callo.

Questo studio evidenzia che, a differenza di altri regolatori negativi conosciuti della rigenerazione delle gemme, che inibiscono solo lo spostamento dal callo verso il SAM, WOX13 Previene la specificazione del SAM incoraggiando destini alternativi. Essa realizza questa inibizione attraverso un circuito regolatorio repressivo reciproco con il regolatore Corteggiaree promuovere il destino cellulare non meristemico inibendo la trascrizione Corteggiare e altri regolatori SAM e modulatori inducibili della parete cellulare.

in questo modo, WOX13 Funge da regolatore chiave dell’efficienza della rigenerazione. I nostri risultati mostrano che il knockout WOX13 Può migliorare l’acquisizione del destino dell’imaging e migliorare l’efficienza della regolazione dell’imaging. Ciò significa che WOX13 “Knockout può servire come strumento in agricoltura e orticoltura e per promuovere la rigenerazione delle colture mediata dalla coltura dei tessuti”, conclude Ikuchi.

Riferimento: “HOMEOBOX 13 correlato a WUSCHEL inibisce la rigenerazione di nuovi germogli controllando il destino cellulare del callo multipotente” di Nao Ogura, Yohei Sasagawa, Tasuku Ito, Toshiaki Tameshige, Satomi Kawai, Masaki Sano, Yuki Doll, Akira Iwase, Ayako Kawamura, Takamasa. Suzuki, Itoshi Nikaido, Keiko Sugimoto e Momoko Ikuchi, 7 luglio 2023, La scienza avanza.
doi: 10.1126/sciadv.adg6983