گیاهان این توانایی منحصر به فرد را دارند که به طور کامل از یک سلول سوماتیک، یعنی یک سلول معمولی که به طور معمول در تولید مثل شرکت نمی کند، بازسازی شوند. این فرآیند شامل از نو (یا جدید) تشکیل مریستم آپیکال ساقه (SAM) که باعث ایجاد اندام های جانبی می شود که برای بازسازی گیاه کلیدی هستند. در سطح سلولی، تشکیل SAM به شدت توسط تنظیم‌کننده‌های مثبت یا منفی (ژن‌ها/مولکول‌های پروتئین) تنظیم می‌شود که به ترتیب ممکن است باعث ایجاد یا محدود کردن بازسازی شاخه شوند. اما کدام مولکول ها دخیل هستند؟ آیا لایه های نظارتی دیگری وجود دارد که هنوز کشف نشده است؟
برای یافتن پاسخ به سؤالات فوق، یک گروه تحقیقاتی به سرپرستی مؤسسه علم و فناوری نارا (NAIST)، ژاپن این فرآیند را در آرابیدوپسیسگیاهی که معمولا در تحقیقات ژنتیکی استفاده می شود. تحقیقات آنها – که در پیشرفت علم– یک تنظیم کننده منفی کلیدی در بازسازی شاخه را شناسایی و مشخص کرد. آنها نشان دادند که چگونه HOMEOBOX 13 مربوط به WUSCHEL (WOX13ژن و پروتئین آن می توانند عملکرد غیر مریستمی (غیر تقسیم کننده) سلول های کالوس را با عمل به عنوان یک سرکوب کننده رونویسی (در سطح RNA) تقویت کنند و در نتیجه بر کارایی بازسازی تأثیر بگذارند.
موموکو توضیح می‌دهد: “جستجو برای استراتژی‌هایی برای افزایش کارایی باززایی شاخساره در گیاهان طولانی بوده است. اما پیشرفت به دلیل نامشخص بودن مکانیسم‌های تنظیمی مرتبط با آن متوقف شده است. مطالعه ما این شکاف را با تعریف یک مسیر جدید تعیین سرنوشت سلولی پر می‌کند.” ایکوچی، محقق اصلی این مطالعه.
مطالعات قبلی از تیم او قبلاً نقش او را مشخص کرده بود WOX13 در ترمیم بافت و چسبندگی اندام پس از پیوند. از این رو، آنها ابتدا نقش بالقوه این ژن را در کنترل باززایی شاخساره در a wox13 عربیدوپسیس جهش یافته (گیاهی با ناکارآمدی WOX13) با استفاده از سیستم کشت بافت دو مرحله ای. تجزیه و تحلیل فنوتیپی و تصویربرداری نشان داد که در گیاهانی که فاقد آن بودند، بازسازی شاخساره (3 روز سریعتر) تسریع شد. WOX13، و زمانی که آهسته تر WOX13 بیان القا شد. علاوه بر این، در گیاهان معمولی، WOX13 سطح بیان محلی کاهش یافته در SAM نشان داد. این یافته ها نشان می دهد که WOX13 می تواند به طور منفی بازسازی ساقه را تنظیم کند.
محققان برای تایید یافته های خود، این ها را مقایسه کردند wox13 جهش یافته ها و گیاهان نوع وحشی (عادی) با استفاده از توالی یابی RNA در چند نقطه زمانی. در غیاب WOX13 تغییر قابل توجهی نداشت آرابیدوپسیس بیان ژن در شرایط ایجاد کالوس با این حال، شرایط القای ساقه به طور قابل توجهی تغییرات ایجاد شده توسط آن را افزایش داد wox13 جهش، منجر به تنظیم مثبت ژن های تنظیم کننده مریستم ساقه می شود. جالب اینجاست که این ژن ها در عرض 24 ساعت سرکوب شدند WOX13 بیان بیش از حد در گیاهان جهش یافته به طور کلی، آنها این را دریافتند WOX13 زیرمجموعه‌ای از تنظیم‌کننده‌های مریستم ساقه را مهار می‌کند در حالی که مستقیماً ژن‌های اصلاح‌کننده دیواره سلولی را فعال می‌کند که در گسترش سلولی و تمایز سلولی نقش دارند. توالی یابی RNA تک سلولی مبتنی بر کوارتز-Seq2 (scRNA-seq) نقش کلیدی را تایید کرد. WOX13 در تعیین سرنوشت سلول های کالوس پرتوان.
این مطالعه نشان می‌دهد که بر خلاف سایر تنظیم‌کننده‌های منفی شناخته‌شده بازسازی ساقه، که فقط از تغییر کالوس به سمت SAM جلوگیری می‌کنند، WOX13 با ترویج دستیابی به سرنوشت های جایگزین، مشخصات SAM را مهار می کند. این مهار را از طریق یک مدار تنظیمی سرکوبگر متقابل با تنظیم کننده به دست می آورد WUS، با مهار رونویسی، سرنوشت سلول غیر مریستمی را ارتقا می دهد WUS و سایر تنظیم کننده های SAM و اصلاح کننده های دیواره سلولی القا کننده. به این ترتیب، WOX13 به عنوان یک تنظیم کننده اصلی راندمان بازسازی عمل می کند. “یافته های ما نشان می دهد که ناک اوت WOX13 می تواند به دست آوردن سرنوشت ساقه کمک کند و کارایی تنظیم ساقه را افزایش دهد. این به این معنی است که WOX13 ناک اوت می تواند به عنوان ابزاری در کشاورزی و باغبانی عمل کند و بازسازی شاخه های نو را با واسطه کشت بافت در محصولات تقویت کند.”
منبع:
موسسه علم و فناوری نارا
مرجع مجله:
DOI: 10.1126/sciadv.adg6983