Раскрыты секреты регенерации растений
Растения обладают уникальной способностью полностью регенерировать из соматической клетки — обычной клетки, которая обычно не участвует в размножении. Этот процесс включает de novo (новое) образование апикальной меристемы побега (SAM), которая дает начало боковым органам, ключевым для восстановления растения.
На клеточном уровне формирование SAM строго регулируется позитивными или негативными регуляторами (генами/белковыми молекулами), которые могут индуцировать или ограничивать регенерацию побега соответственно. Исследовательская группа из Nara Institute of Science and Technology (NAIST), Япония, изучила этот процесс на Arabidopsis и определила ключевой негативный регулятор регенерации побега.
Исследование, опубликованное в Science Advances, показало, как ген WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX 13 (WOX13) и его белок могут способствовать неделящейся функции клеток каллуса, действуя как репрессор на транскрипционном (РНК) уровне, тем самым влияя на эффективность регенерации.
Ключевые результаты:
- Регенерация побега ускорялась (на три дня) у мутантных растений Arabidopsis с нефункциональным геном WOX13 и замедлялась при индукции его экспрессии.
- В нормальных растениях экспрессия WOX13 локально снижена в SAM.
- Секвенирование РНК показало, что WOX13 подавляет подмножество генов-регуляторов меристемы побега и напрямую активирует гены-модификаторы клеточной стенки, участвующие в расширении и дифференцировке клеток.
- Одноклеточное РНК-секвенирование (scRNA-seq) подтвердило ключевую роль WOX13 в определении судьбы плюрипотентных клеток каллуса.
Механизм действия:
В отличие от других известных негативных регуляторов, которые лишь предотвращают переход от каллуса к SAM, WOX13 подавляет спецификацию SAM, способствуя приобретению альтернативных клеточных судеб. Он достигает этого через взаимоподавляющую регуляторную цепь с регулятором WUS, транскрипционно ингибируя WUS и другие регуляторы SAM и индуцируя модификаторы клеточной стенки.
Значение:
«Наши результаты показывают, что нокаут WOX13 может способствовать приобретению судьбы побега и повысить эффективность его регенерации. Это означает, что нокаут WOX13 может служить инструментом в сельском хозяйстве и садоводстве для усиления de novo регенерации побегов сельскохозяйственных культур в тканевой культуре», — заключает ведущий исследователь Момоко Икеучи.