Imagem: Os métodos tradicionais de regeneração de plantas exigem o uso de reguladores de crescimento, como hormônios, que podem ser específicos para cada espécie e exigir muita mão de obra. Em um novo estudo, cientistas desenvolveram um novo sistema de regeneração de plantas regulando a função e a expressão de genes envolvidos na desdiferenciação (proliferação celular) e na rediferenciação (organogênese) das células vegetais. Veja mais
Os métodos tradicionais de regeneração de plantas requerem o uso dereguladores de crescimento de plantascomohormônios, que podem ser específicos de cada espécie e exigir muito trabalho. Em um novo estudo, cientistas desenvolveram um novo sistema de regeneração de plantas regulando a função e a expressão de genes envolvidos na desdiferenciação (proliferação celular) e na rediferenciação (organogênese) das células vegetais.
As plantas têm sido a principal fonte de alimento para animais e humanos por muitos anos. Além disso, elas são usadas para extrair diversos compostos farmacêuticos e terapêuticos. No entanto, seu uso indevido e a crescente demanda por alimentos evidenciam a necessidade de novos métodos de melhoramento genético. Os avanços na biotecnologia vegetal podem solucionar a futura escassez de alimentos, produzindo plantas geneticamente modificadas (GM) mais produtivas e resilientes às mudanças climáticas.
Naturalmente, as plantas podem regenerar plantas inteiramente novas a partir de uma única célula "totipotente" (uma célula que pode dar origem a múltiplos tipos celulares), desdiferenciando-se e rediferenciando-se em células com diferentes estruturas e funções. O condicionamento artificial dessas células totipotentes por meio da cultura de tecidos vegetais é amplamente utilizado para proteção de plantas, melhoramento genético, produção de espécies transgênicas e para fins de pesquisa científica. Tradicionalmente, a cultura de tecidos para regeneração de plantas requer o uso de reguladores de crescimento vegetal (RGVs), como auxinas e citocininas, para controlar a diferenciação celular. No entanto, as condições hormonais ideais podem variar significativamente dependendo da espécie vegetal, das condições de cultura e do tipo de tecido. Portanto, criar condições ideais de exploração pode ser uma tarefa demorada e trabalhosa.
Para superar esse problema, a Professora Associada Tomoko Ikawa, juntamente com a Professora Associada Mai F. Minamikawa da Universidade de Chiba, o Professor Hitoshi Sakakibara da Escola de Pós-Graduação em Ciências Bioagrícolas da Universidade de Nagoya e Mikiko Kojima, técnica especialista do RIKEN CSRS, desenvolveram um método universal para o controle de plantas por meio da regulação. Expressão de genes de diferenciação celular "regulados pelo desenvolvimento" (DR) para alcançar a regeneração da planta. Publicado no Volume 15 da Frontiers in Plant Science em 3 de abril de 2024, a Dra. Ikawa forneceu mais informações sobre seu trabalho de pesquisa, afirmando: "Nosso sistema não usa PGRs externos, mas sim genes de fatores de transcrição para controlar a diferenciação celular, semelhante às células pluripotentes induzidas em mamíferos."
Os pesquisadores expressaram ectopicamente dois genes DR, BABY BOOM (BBM) e WUSCHEL (WUS), de Arabidopsis thaliana (usada como planta modelo) e examinaram seu efeito na diferenciação em cultura de tecidos de tabaco, alface e petúnia. O BBM codifica um fator de transcrição que regula o desenvolvimento embrionário, enquanto o WUS codifica um fator de transcrição que mantém a identidade das células-tronco na região do meristema apical do caule.
Seus experimentos mostraram que a expressão de BBM ou WUS de Arabidopsis isoladamente não é suficiente para induzir a diferenciação celular no tecido foliar do tabaco. Em contraste, a coexpressão de BBM funcionalmente aprimorado e WUS funcionalmente modificado induz um fenótipo de diferenciação autônoma acelerada. Sem o uso de PCR, as células foliares transgênicas se diferenciaram em calos (massa celular desorganizada), estruturas semelhantes a órgãos verdes e brotos adventícios. A análise quantitativa por reação em cadeia da polimerase (qPCR), um método usado para quantificar transcrições gênicas, mostrou que a expressão de BBM e WUS de Arabidopsis se correlacionou com a formação de calos e brotos transgênicos.
Considerando o papel crucial dos fitormônios na divisão e diferenciação celular, os pesquisadores quantificaram os níveis de seis fitormônios, a saber, auxina, citocinina, ácido abscísico (ABA), giberelina (GA), ácido jasmônico (AJ), ácido salicílico (AS) e seus metabólitos em culturas de plantas transgênicas. Seus resultados mostraram que os níveis de auxina ativa, citocinina, ABA e GA inativo aumentam à medida que as células se diferenciam em órgãos, destacando seus papéis na diferenciação celular e na organogênese das plantas.
Além disso, os pesquisadores utilizaram transcriptomas de sequenciamento de RNA, um método para análise qualitativa e quantitativa da expressão gênica, para avaliar os padrões de expressão gênica em células transgênicas que exibiam diferenciação ativa. Seus resultados mostraram que genes relacionados à proliferação celular e à auxina estavam enriquecidos em genes regulados diferencialmente. Exames adicionais por qPCR revelaram que as células transgênicas apresentaram expressão aumentada ou diminuída de quatro genes, incluindo genes que regulam a diferenciação celular, o metabolismo, a organogênese e a resposta à auxina.
No geral, esses resultados revelam uma abordagem nova e versátil para a regeneração de plantas que dispensa a aplicação externa de PCR. Além disso, o sistema utilizado neste estudo pode aprimorar nossa compreensão dos processos fundamentais de diferenciação celular vegetal e aprimorar a seleção biotecnológica de espécies vegetais úteis.
Destacando as potenciais aplicações de seu trabalho, o Dr. Ikawa afirmou: “O sistema relatado pode aprimorar o melhoramento genético de plantas, fornecendo uma ferramenta para induzir a diferenciação celular de células vegetais transgênicas sem a necessidade de PCR. Portanto, antes que as plantas transgênicas sejam aceitas como produtos, a sociedade acelerará o melhoramento genético de plantas e reduzirá os custos de produção associados.”
Sobre a Professora Associada Tomoko Igawa A Dra. Tomoko Igawa é professora assistente na Escola de Pós-Graduação em Horticultura, no Centro de Ciências Moleculares de Plantas e no Centro de Pesquisa em Agricultura Espacial e Horticultura da Universidade de Chiba, Japão. Seus interesses de pesquisa incluem reprodução e desenvolvimento sexuado de plantas e biotecnologia vegetal. Seu trabalho concentra-se na compreensão dos mecanismos moleculares da reprodução sexuada e da diferenciação de células vegetais utilizando diversos sistemas transgênicos. Ela possui diversas publicações nessas áreas e é membro da Sociedade Japonesa de Biotecnologia Vegetal, da Sociedade Botânica do Japão, da Sociedade Japonesa de Melhoramento de Plantas, da Sociedade Japonesa de Fisiologistas de Plantas e da Sociedade Internacional para o Estudo da Reprodução Sexuada de Plantas.
Diferenciação autônoma de células transgênicas sem uso externo de hormônios: expressão de genes endógenos e comportamento de fitormônios
Os autores declaram que a pesquisa foi conduzida na ausência de quaisquer relações comerciais ou financeiras que possam ser interpretadas como um potencial conflito de interesses.
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Horário da publicação: 22/08/2024