Gambar: Metode regenerasi tanaman tradisional memerlukan penggunaan zat pengatur tumbuh seperti hormon, yang dapat bersifat spesifik spesies dan membutuhkan banyak tenaga kerja. Dalam sebuah studi baru, para ilmuwan telah mengembangkan sistem regenerasi tanaman baru dengan mengatur fungsi dan ekspresi gen yang terlibat dalam dedifferensiasi (proliferasi sel) dan redifferensiasi (organogenesis) sel tanaman. Lihat selengkapnya
Metode regenerasi tanaman tradisional memerlukan penggunaanzat pengatur tumbuh tanamansepertihormons, yang dapat bersifat spesifik spesies dan padat karya. Dalam sebuah studi baru, para ilmuwan telah mengembangkan sistem regenerasi tanaman baru dengan mengatur fungsi dan ekspresi gen yang terlibat dalam dedifferensiasi (proliferasi sel) dan redifferensiasi (organogenesis) sel tanaman.
Tumbuhan telah menjadi sumber makanan utama bagi hewan dan manusia selama bertahun-tahun. Selain itu, tumbuhan digunakan untuk mengekstrak berbagai senyawa farmasi dan terapeutik. Namun, penyalahgunaannya dan meningkatnya permintaan pangan menunjukkan perlunya metode pemuliaan tanaman baru. Kemajuan dalam bioteknologi tanaman dapat mengatasi kekurangan pangan di masa depan dengan menghasilkan tanaman rekayasa genetika (GM) yang lebih produktif dan tahan terhadap perubahan iklim.
Secara alami, tanaman dapat meregenerasi tanaman yang sepenuhnya baru dari satu sel "totipoten" (sel yang dapat menghasilkan beberapa jenis sel) melalui proses dedifferensiasi dan redifferensiasi menjadi sel-sel dengan struktur dan fungsi yang berbeda. Pengondisian buatan sel-sel totipoten tersebut melalui kultur jaringan tanaman banyak digunakan untuk perlindungan tanaman, pemuliaan, produksi spesies transgenik, dan untuk tujuan penelitian ilmiah. Secara tradisional, kultur jaringan untuk regenerasi tanaman memerlukan penggunaan zat pengatur tumbuh (ZPT), seperti auksin dan sitokinin, untuk mengendalikan diferensiasi sel. Namun, kondisi hormonal yang optimal dapat sangat bervariasi tergantung pada spesies tanaman, kondisi kultur, dan jenis jaringan. Oleh karena itu, menciptakan kondisi eksplorasi yang optimal dapat menjadi tugas yang memakan waktu dan tenaga.
Untuk mengatasi masalah ini, Lektor Kepala Tomoko Ikawa, bersama Lektor Kepala Mai F. Minamikawa dari Universitas Chiba, Profesor Hitoshi Sakakibara dari Sekolah Pascasarjana Ilmu Hayati Pertanian Universitas Nagoya, dan Mikiko Kojima, teknisi ahli dari RIKEN CSRS, mengembangkan metode universal untuk pengendalian tanaman melalui regulasi. Ekspresi gen diferensiasi sel yang "diatur secara perkembangan" (DR) untuk mencapai regenerasi tanaman. Diterbitkan dalam Volume 15 Frontiers in Plant Science pada 3 April 2024, Dr. Ikawa memberikan informasi lebih lanjut tentang penelitian mereka, dengan menyatakan: "Sistem kami tidak menggunakan PGR eksternal, melainkan menggunakan gen faktor transkripsi untuk mengendalikan diferensiasi sel, serupa dengan sel pluripoten yang diinduksi pada mamalia."
Para peneliti mengekspresikan dua gen DR secara ektopik, BABY BOOM (BBM) dan WUSCHEL (WUS), dari Arabidopsis thaliana (digunakan sebagai tanaman model) dan mengkaji pengaruhnya terhadap diferensiasi kultur jaringan tembakau, selada, dan petunia. BBM mengkode faktor transkripsi yang mengatur perkembangan embrionik, sedangkan WUS mengkode faktor transkripsi yang mempertahankan identitas sel punca di wilayah meristem apikal pucuk.
Eksperimen mereka menunjukkan bahwa ekspresi Arabidopsis BBM atau WUS saja tidak cukup untuk menginduksi diferensiasi sel pada jaringan daun tembakau. Sebaliknya, koekspresi BBM yang ditingkatkan secara fungsional dan WUS yang dimodifikasi secara fungsional menginduksi fenotipe diferensiasi otonom yang dipercepat. Tanpa menggunakan PCR, sel-sel daun transgenik berdiferensiasi menjadi kalus (massa sel yang tidak terorganisir), struktur mirip organ hijau, dan tunas adventif. Analisis reaksi berantai polimerase kuantitatif (qPCR), sebuah metode yang digunakan untuk mengkuantifikasi transkrip gen, menunjukkan bahwa ekspresi Arabidopsis BBM dan WUS berkorelasi dengan pembentukan kalus dan tunas transgenik.
Mengingat peran krusial fitohormon dalam pembelahan dan diferensiasi sel, para peneliti mengukur kadar enam fitohormon, yaitu auksin, sitokinin, asam absisat (ABA), giberelin (GA), asam jasmonat (JA), asam salisilat (SA), dan metabolitnya, pada tanaman transgenik. Hasil penelitian mereka menunjukkan bahwa kadar auksin, sitokinin, ABA, dan GA non-aktif yang aktif meningkat seiring sel berdiferensiasi menjadi organ, yang menunjukkan peran mereka dalam diferensiasi sel dan organogenesis tanaman.
Selain itu, para peneliti menggunakan transkriptom sekuensing RNA, sebuah metode untuk analisis kualitatif dan kuantitatif ekspresi gen, untuk mengevaluasi pola ekspresi gen dalam sel transgenik yang menunjukkan diferensiasi aktif. Hasil penelitian mereka menunjukkan bahwa gen yang berkaitan dengan proliferasi sel dan auksin diperkaya dengan gen yang diregulasi secara berbeda. Pemeriksaan lebih lanjut menggunakan qPCR mengungkapkan bahwa sel transgenik mengalami peningkatan atau penurunan ekspresi empat gen, termasuk gen yang mengatur diferensiasi sel tumbuhan, metabolisme, organogenesis, dan respons auksin.
Secara keseluruhan, hasil ini mengungkapkan pendekatan baru dan serbaguna untuk regenerasi tanaman yang tidak memerlukan aplikasi PCR eksternal. Selain itu, sistem yang digunakan dalam penelitian ini dapat meningkatkan pemahaman kita tentang proses fundamental diferensiasi sel tanaman dan meningkatkan seleksi bioteknologi spesies tanaman bermanfaat.
Menyoroti potensi penerapan karyanya, Dr. Ikawa mengatakan, "Sistem yang dilaporkan dapat meningkatkan pemuliaan tanaman dengan menyediakan alat untuk menginduksi diferensiasi seluler sel tanaman transgenik tanpa memerlukan PCR. Oleh karena itu, sebelum tanaman transgenik diterima sebagai produk, masyarakat akan mempercepat pemuliaan tanaman dan mengurangi biaya produksi terkait."
Tentang Associate Professor Tomoko Igawa Dr. Tomoko Ikawa adalah asisten profesor di Sekolah Pascasarjana Hortikultura, Pusat Ilmu Tanaman Molekuler, dan Pusat Penelitian Pertanian dan Hortikultura Antariksa, Universitas Chiba, Jepang. Minat penelitiannya meliputi reproduksi dan perkembangan seksual tanaman serta bioteknologi tanaman. Karyanya berfokus pada pemahaman mekanisme molekuler reproduksi seksual dan diferensiasi sel tanaman menggunakan berbagai sistem transgenik. Ia telah menerbitkan beberapa publikasi di bidang ini dan merupakan anggota Japan Society of Plant Biotechnology, Botanical Society of Japan, Japanese Plant Breeding Society, Japanese Society of Plant Physiologists, dan International Society for the Study of Plant Sexual Reproduction.
Diferensiasi otonom sel transgenik tanpa penggunaan hormon eksternal: ekspresi gen endogen dan perilaku fitohormon
Penulis menyatakan bahwa penelitian ini dilakukan tanpa adanya hubungan komersial atau keuangan apa pun yang dapat ditafsirkan sebagai potensi konflik kepentingan.
Penafian: AAAS dan EurekAlert tidak bertanggung jawab atas keakuratan siaran pers yang dipublikasikan di EurekAlert! Segala penggunaan informasi oleh organisasi penyedia informasi atau melalui sistem EurekAlert.
Waktu posting: 22-Agu-2024