Ген WOX13 влияет на эффективность регенерации побегов у растений

Растения обладают уникальной способностью полностью восстанавливаться из соматической клетки, т.е. обычной клетки, которая обычно не участвует в размножении.

Этот процесс включает образование de novo или новой апикальной меристемы побега (SAM), дающей начало боковым органам, которые являются ключевыми для восстановления растения. На клеточном уровне формирование SAM жестко регулируется либо положительными, либо отрицательными регуляторами (генами/белковыми молекулами), которые могут индуцировать или ограничивать регенерацию побега соответственно. Но какие молекулы в этом участвуют? Существуют ли другие регуляторные уровни, которые еще предстоит раскрыть?

В поисках ответов на эти вопросы исследовательская группа под руководством Нарского института науки и технологии (NAIST), Япония, изучила этот процесс у арабидопсиса — растения, широко используемого в генетических исследованиях. Их исследование, результаты которого были опубликованы в журнале Science Advances, выявило и охарактеризовало ключевой негативный регулятор регенерации побегов. Они продемонстрировали, как ген WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX 13 (WOX13) и его белок могут способствовать немеристематической (неделящейся) функции каллусных клеток, действуя как транскрипционный (на уровне РНК) репрессор, тем самым влияя на эффективность регенерации.

Поиск стратегий для повышения эффективности регенерации побегов у растений ведется давно. Но прогресс сдерживался из-за неясности соответствующих регуляторных механизмов. Наше исследование восполняет этот пробел, определяя новый путь спецификации клеточной судьбы, — объясняет Момоко Икеучи, главный исследователь данного исследования.

Предыдущие исследования ее команды уже установили роль WOX13 в восстановлении тканей и адгезии органов после пересадки. Поэтому сначала они проверили потенциальную роль этого гена в контроле регенерации побегов у мутанта wox13 Arabidopsis (растения с дисфункциональным WOX13), используя двухэтапную систему культуры тканей. Фенотипический анализ и анализ изображений показали, что регенерация побегов ускорялась (на 3 дня быстрее) у растений, лишенных WOX13, и замедлялась при индуцировании экспрессии WOX13. Более того, в нормальных растениях уровень экспрессии WOX13 был локально снижен в SAM. Эти данные свидетельствуют о том, что WOX13 может негативно регулировать регенерацию побегов.

Для подтверждения своих выводов исследователи сравнили мутанты wox13 и растения дикого типа (нормальные) с помощью РНК-секвенирования в разных временных точках. Отсутствие WOX13 не привело к существенному изменению экспрессии генов арабидопсиса в условиях каллус-индуцирования. Однако условия индуцирования побега значительно усилили изменения, вызванные мутацией WOX13, что привело к повышению уровня регуляции генов-регуляторов меристемы побега. Интересно, что эти гены были подавлены в течение 24 часов после сверхэкспрессии WOX13 в мутантных растениях. В целом, они обнаружили, что WOX13 ингибирует подмножество регуляторов меристемы побега, в то время как непосредственно активирует гены-модификаторы клеточной стенки, участвующие в расширении клеток и клеточной дифференциации. Последующее секвенирование одноклеточной РНК на основе Quartz-Seq2 (scRNA-seq) подтвердило ключевую роль WOX13 в определении судьбы плюрипотентных клеток каллуса.

Это исследование показывает, что в отличие от других известных негативных регуляторов регенерации побега, которые только предотвращают переход от каллуса к SAM, WOX13 ингибирует спецификацию SAM, способствуя приобретению альтернативных судеб. Он достигает этого ингибирования через взаимно репрессирующую регуляторную цепь с регулятором WUS, способствуя развитию немеристематической клеточной судьбы путем транскрипционного ингибирования WUS и других регуляторов SAM и индуцирования модификаторов клеточной стенки. Таким образом, WOX13 выступает в качестве основного регулятора эффективности регенерации.

Наши результаты показывают, что нокаут WOX13 может способствовать приобретению судьбы побега и повысить эффективность регуляции побега. Это означает, что нокаут WOX13 может служить инструментом в сельском хозяйстве и садоводстве и стимулировать регенерацию побегов de novo, опосредованную культурой ткани, — заключает Икеучи.

08.07.2023


Подписаться в Telegram



Биосфера

Nature: Стволовые клетки растений подскажут, как развивается рак
Nature: Стволовые клетки растений подскажут, как развивается рак

Крошечный корень растения толщиной не бол...

Animal Behaviour: Козы по голосу определяют, злой хозяин или добрый
Animal Behaviour: Козы по голосу определяют, злой хозяин или добрый

Козы могут отличить счастливого человека от&nb...

Current Biology: Сумчатая мышь из Австралии жертвует сном ради секса
Current Biology: Сумчатая мышь из Австралии жертвует сном ради секса

Всем живым существам необходим сон. Когда люди...

Current Biology: Одомашнивание растений влияет на их микробиом
Current Biology: Одомашнивание растений влияет на их микробиом

Новое исследование, проведенное под руков...

Journal of the Geological Society: В окаменелостях нашли ключевые следы эволюции
Journal of the Geological Society: В окаменелостях нашли ключевые следы эволюции

Исследование, проведенное под руководство...

Current Biology: Созданы дрожжи, питающиеся светом
Current Biology: Созданы дрожжи, питающиеся светом

Возможно, вы знаете дрожжи как орган...

Nature Ecology & Evolution: Ученые секвенировали первый геном из класса Myxini
Nature Ecology & Evolution: Ученые секвенировали первый геном из класса Myxini

Международному научному коллективу, состоящему...

Science: Как морские улитки перешли от откладывания яиц к живорождению
Science: Как морские улитки перешли от откладывания яиц к живорождению

Яйцо действительно появилось первым. Откладыва...

Nature Microbiology: Ученые раскрыли тайну хищных бактерий
Nature Microbiology: Ученые раскрыли тайну хищных бактерий

Как природные антимикробные хищные бактерии сп...

Carbohydrate Polymers: Культурная ламинария теперь может быть не хуже дикороса
Carbohydrate Polymers: Культурная ламинария теперь может быть не хуже дикороса

Норвегия экспортирует продукцию, полученную из...

Nature Catalysis: Сделан первый шаг к синтетической фиксации CO2 в живых клетках
Nature Catalysis: Сделан первый шаг к синтетической фиксации CO2 в живых клетках

Синтетическая биология дает возможность создав...

ZooKeys: В Азии ученые открыли новый вид игуаны Calotes wangi
ZooKeys: В Азии ученые открыли новый вид игуаны Calotes wangi

К богатой фауне рептилий Азии присоединилась н...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству
Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике
Как выглядит работающий рекламный баннер
Как выглядит работающий рекламный баннер
В США растет число госпитализаций из-за гепатита и алкоголя
В США растет число госпитализаций из-за гепатита и алкоголя
Ученые рекомендуют включать настольные игры с цифрами в образовательный процесс для детей младшего возраста
Ученые рекомендуют включать настольные игры с цифрами в образовательный процесс для детей младшего возра...

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса