Gambar: Metode regenerasi tanaman tradisional memerlukan penggunaan zat pengatur pertumbuhan tanaman 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 dediferensiasi (proliferasi sel) dan rediferensiasi (organogenesis) sel tanaman. Lihat selengkapnya
Metode tradisional regenerasi tanaman memerlukan penggunaanpengatur pertumbuhan tanamansepertihormons, yang bisa 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 dediferensiasi (proliferasi sel) dan rediferensiasi (organogenesis) sel tanaman.
Tumbuhan telah menjadi sumber makanan utama bagi hewan dan manusia selama bertahun-tahun. Selain itu, tumbuhan juga digunakan untuk mengekstrak berbagai senyawa farmasi dan terapeutik. Namun, penyalahgunaan dan meningkatnya permintaan pangan menyoroti kebutuhan akan metode pemuliaan tanaman baru. Kemajuan dalam bioteknologi tanaman dapat mengatasi kekurangan pangan di masa depan dengan menghasilkan tanaman hasil rekayasa genetika (GM) yang lebih produktif dan tahan terhadap perubahan iklim.
Secara alami, tumbuhan dapat meregenerasi tumbuhan baru sepenuhnya dari satu sel "totipoten" (sel yang dapat menghasilkan banyak jenis sel) dengan cara dediferensiasi dan rediferensiasi menjadi sel-sel dengan struktur dan fungsi yang berbeda. Pengkondisian buatan 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 membutuhkan penggunaan zat pengatur pertumbuhan tanaman (GGR), seperti auksin dan sitokinin, untuk mengontrol diferensiasi sel. Namun, kondisi hormonal optimal dapat sangat bervariasi tergantung pada spesies tanaman, kondisi kultur, dan jenis jaringan. Oleh karena itu, menciptakan kondisi eksplorasi optimal dapat menjadi tugas yang memakan waktu dan tenaga.
Untuk mengatasi masalah ini, Profesor Madya Tomoko Ikawa, bersama dengan Profesor Madya Mai F. Minamikawa dari Universitas Chiba, Profesor Hitoshi Sakakibara dari Sekolah Pascasarjana Ilmu Bio-Pertanian Universitas Nagoya, dan Mikiko Kojima, seorang 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, tetapi menggunakan gen faktor transkripsi untuk mengontrol diferensiasi sel, mirip dengan sel pluripoten yang diinduksi pada mamalia.”
Para peneliti mengekspresikan secara ektopik dua gen DR, BABY BOOM (BBM) dan WUSCHEL (WUS), dari Arabidopsis thaliana (digunakan sebagai tanaman model) dan meneliti pengaruhnya terhadap diferensiasi kultur jaringan tembakau, selada, dan petunia. BBM mengkodekan faktor transkripsi yang mengatur perkembangan embrio, sedangkan WUS mengkodekan 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, ekspresi bersama BBM yang ditingkatkan fungsinya dan WUS yang dimodifikasi fungsinya menginduksi fenotipe diferensiasi otonom yang dipercepat. Tanpa menggunakan PCR, sel daun transgenik berdiferensiasi menjadi kalus (massa sel yang tidak terorganisir), struktur seperti organ berwarna hijau, dan tunas adventif. Analisis reaksi berantai polimerase kuantitatif (qPCR), metode yang digunakan untuk mengukur transkrip gen, menunjukkan bahwa ekspresi Arabidopsis BBM dan WUS berkorelasi dengan pembentukan kalus dan tunas transgenik.
Mengingat peran penting 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 aktif, sitokinin, ABA, dan GA tidak aktif meningkat seiring dengan diferensiasi sel menjadi organ, yang menyoroti peran mereka dalam diferensiasi sel tanaman dan organogenesis.
Selain itu, para peneliti menggunakan transkriptom sekuensing RNA, sebuah metode untuk analisis kualitatif dan kuantitatif ekspresi gen, untuk mengevaluasi pola ekspresi gen pada sel transgenik yang menunjukkan diferensiasi aktif. Hasil mereka menunjukkan bahwa gen yang terkait dengan proliferasi sel dan auksin diperkaya dalam gen yang diatur secara berbeda. Pemeriksaan lebih lanjut menggunakan qPCR mengungkapkan bahwa sel transgenik memiliki peningkatan atau penurunan ekspresi empat gen, termasuk gen yang mengatur diferensiasi sel tanaman, 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 yang bermanfaat.
Menyoroti potensi aplikasi dari 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 yang terkait.”
Tentang Profesor Madya Tomoko Igawa Dr. Tomoko Igawa 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 memiliki beberapa publikasi di bidang ini dan merupakan anggota dari 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.
Para penulis menyatakan bahwa penelitian ini dilakukan tanpa adanya hubungan komersial atau keuangan apa pun yang dapat dianggap sebagai potensi konflik kepentingan.
Penafian: AAAS dan EurekAlert tidak bertanggung jawab atas keakuratan siaran pers yang dipublikasikan di EurekAlert! Segala penggunaan informasi oleh organisasi yang menyediakan informasi atau melalui sistem EurekAlert.
Waktu posting: 22 Agustus 2024