Cercetătorii din Japonia au identificat modul în care gena WOX13 controlează negativ regenerarea celulelor plantelor, afectând eficiența creșterii lăstarilor.
Plantele posedă capacitatea unică de a se regenera complet dintr-o celulă somatică, adică o celulă obișnuită care nu participă, de obicei, la reproducere. Acest proces implică formarea de novo a unui meristem apical la nivelul lăstarilor, care dă naștere la organe laterale, esențiale pentru refacerea plantei.
La scară celulară, formarea meristemului apical este controlată meticulos de regulatori pozitivi sau negativi (gene/molecule de proteine) care pot induce sau, respectiv, inhiba regenerarea lăstarilor. Pentru a studia moleculele implicate în acest proces, oamenii de știință de la Institutul Nara pentru Știință și Tehnologie din Japonia au analizat Arabidopsis, o plantă utilizată frecvent în experimentele genetice.
Autorii, care și-au publicat descoperirile în revista Science Advances, au identificat și caracterizat regulatori negativi esențiali pentru regenerarea lăstarilor. Ei au demonstrat modul în care gena WOX13 și proteina sa pot promova funcția non-meristematică a celulelor calusului, acționând ca un represor transcripțional la nivelul ARN-ului și influențând eficiența regenerării.
„Căutarea strategiilor de îmbunătățire a eficienței regenerării lăstarilor plantelor a fost una de lungă durată. Cu toate acestea, progresul a fost împiedicat, deoarece mecanismele de reglare aferente au fost neclare. Studiul nostru umple acest gol prin definirea unei noi căi specifice de evoluție celulară”, explică Momoko Ikeuchi, cercetătorul principal al acestui studiu.
Studiile anterioare ale echipei de cercetători au stabilit deja rolul jucat de WOX13 în repararea țesuturilor și aderența organelor după grefare. Prin urmare, cercetătorii au testat mai întâi rolul potențial al acestei gene în controlul regenerării lăstarilor la un mutant wox13 al Arabidopsis (plantă cu WOX13 nefuncțională) folosind un sistem de cultură de țesuturi în două etape.
Analiza fenotipică și imagistică a arătat că regenerarea lăstarilor a fost accelerată (cu 3 zile mai repede) la plantele lipsite de WOX13 și mai lentă când a fost indusă expresia WOX13. Mai mult, la plantele normale, WOX13 a arătat niveluri de expresie reduse local în meristemul apical. Aceste descoperiri sugerează că WOX13 poate regla negativ regenerarea lăstarilor.
Pentru a-și valida descoperirile, cercetătorii au comparat mutanții wox13 și plantele de tip sălbatic (plantele normale ) folosind secvențierea ARN în mai multe momente. Absența WOX13 nu a modificat considerabil expresia genei Arabidopsis în condiții de inducere a calusului. Cu toate acestea, condițiile de inducere a lăstarilor au îmbunătățit semnificativ modificările induse de mutația wox13, conducând la o reglare pozitivă a genelor regulatoare a meristemului lăstarilor.
În mod interesant, aceste gene au fost suprimate în 24 de ore de la supraexprimarea WOX13 la plantele mutante. În general, cercetătorii au descoperit că WOX13 inhibă un subset de regulatori ai meristemului lăstarilor, activând direct genele modificatoare ale peretelui celular implicate în expansiunea și diferențierea celulară. Secvențierea ulterioară a ARN-ului a confirmat rolul-cheie al WOX13 în specificarea soartei celulelor pluripotente ale calusului.
Acest studiu evidențiază faptul că, spre deosebire de alți regulatori negativi cunoscuți ai regenerării lăstarilor, care împiedică doar trecerea de la calus la meristemul apical, WOX13 inhibă meristemul apical din lăstari prin promovarea dezvoltării celulare în alte direcții. Această inhibare se realizează printr-un circuit de reglare reciproc represiv cu regulatorul WUS, promovând soarta celulelor non-meristematice prin inhibarea transcripțională a WUS și a altor regulatori ai meristemului apical din lăstari și inducerea modificatorilor peretelui celular.
Sursa: SciTechDaily