Gambar: Metode tradisional regenerasi tanaman memerlukan penggunaan zat pengatur tumbuh 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 dedifferensiasi (proliferasi sel) dan redifferensiasi (organogenesis) sel tanaman. Lihat selengkapnya
Metode regenerasi tanaman tradisional memerlukan penggunaanpengatur pertumbuhan 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 akan makanan menyoroti perlunya metode pemuliaan tanaman baru. Kemajuan dalam bioteknologi tanaman dapat mengatasi kekurangan pangan di masa depan dengan memproduksi tanaman yang dimodifikasi secara genetik (GM) yang lebih produktif dan tangguh terhadap perubahan iklim.
Secara alami, tanaman dapat meregenerasi tanaman yang sama sekali baru dari satu sel "totipoten" (sel yang dapat menghasilkan beberapa jenis sel) dengan melakukan dedifferensiasi dan redifferensiasi menjadi sel-sel dengan struktur dan fungsi yang berbeda. Pengondisian buatan sel-sel totipoten tersebut melalui kultur jaringan tanaman digunakan secara luas untuk perlindungan tanaman, pemuliaan, produksi spesies transgenik, dan untuk tujuan penelitian ilmiah. Secara tradisional, kultur jaringan untuk regenerasi tanaman memerlukan penggunaan zat pengatur tumbuh tanaman (GGR), 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 padat karya.
Untuk mengatasi masalah ini, Associate Professor Tomoko Ikawa, bersama dengan Associate Professor Mai F. Minamikawa dari Chiba University, Professor Hitoshi Sakakibara dari Nagoya University Graduate School of Bio-Agricultural Sciences, 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 tanggal 3 April 2024, Dr. Ikawa memberikan informasi lebih lanjut tentang pekerjaan penelitian mereka, dengan menyatakan: “Sistem kami tidak menggunakan PGR eksternal, tetapi menggunakan gen faktor transkripsi untuk mengendalikan diferensiasi sel. mirip 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 meneliti efeknya pada diferensiasi kultur jaringan tembakau, selada, dan petunia. BBM mengkodekan faktor transkripsi yang mengatur perkembangan embrio, sedangkan WUS mengkodekan faktor transkripsi yang mempertahankan identitas sel induk di wilayah meristem apikal pucuk.
Percobaan mereka menunjukkan bahwa ekspresi Arabidopsis BBM atau WUS saja tidak cukup untuk menginduksi diferensiasi sel dalam jaringan daun tembakau. Sebaliknya, koekspresi BBM yang ditingkatkan secara fungsional dan WUS yang dimodifikasi secara fungsional menginduksi fenotipe diferensiasi otonom yang dipercepat. Tanpa penggunaan PCR, sel daun transgenik berdiferensiasi menjadi kalus (massa sel yang tidak teratur), struktur seperti organ 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 dalam tanaman transgenik. Hasil penelitian mereka menunjukkan bahwa kadar auksin aktif, sitokinin, ABA, dan GA tidak aktif meningkat saat sel berdiferensiasi 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 dalam sel transgenik yang menunjukkan diferensiasi aktif. Hasil penelitian mereka menunjukkan bahwa gen yang terkait dengan proliferasi sel dan auksin diperkaya dengan gen yang diatur secara berbeda. Pemeriksaan lebih lanjut menggunakan qPCR mengungkapkan bahwa sel transgenik mengalami peningkatan atau penurunan ekspresi empat gen, termasuk gen yang mengatur diferensiasi sel tanaman, metabolisme, organogenesis, dan respons auksin.
Secara keseluruhan, hasil ini mengungkap pendekatan baru dan serbaguna terhadap regenerasi tanaman yang tidak memerlukan aplikasi PCR eksternal. Selain itu, sistem yang digunakan dalam penelitian ini dapat meningkatkan pemahaman kita tentang proses dasar diferensiasi sel tanaman dan meningkatkan seleksi bioteknologi spesies tanaman yang bermanfaat.
Menyoroti potensi penerapan karyanya, Dr. Ikawa berkata, “Sistem yang dilaporkan dapat meningkatkan pemuliaan tanaman dengan menyediakan alat untuk mendorong diferensiasi seluler sel tanaman transgenik tanpa perlu 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 Molekuler Tanaman, dan Pusat Penelitian Pertanian dan Hortikultura Luar Angkasa, Universitas Chiba, Jepang. Minat penelitiannya meliputi reproduksi dan perkembangan seksual tanaman dan bioteknologi tanaman. Pekerjaannya berfokus pada pemahaman mekanisme molekuler reproduksi seksual dan diferensiasi sel tanaman menggunakan berbagai sistem transgenik. Dia memiliki 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 yang menyediakan informasi atau melalui sistem EurekAlert.
Waktu posting: 22-Agu-2024