Los avances en biotecnología vegetal pueden abordar los problemas asociados con la escasez de alimentos en el futuro al permitir la producción de plantas genéticamente modificadas (GM) con mayor productividad y resiliencia al cambio climático.

Naturalmente, las plantas pueden regenerar una planta completamente nueva a partir de una única célula "totipotente" (una célula que puede dar lugar a múltiples tipos de células) mediante desdiferenciación y rediferenciación en células con diversas estructuras y funciones. La regulación artificial de dichas células totipotentes a través del cultivo de tejidos vegetales se utiliza ampliamente para la conservación de plantas, el mejoramiento genético, la generación de especies genéticamente modificadas y con fines de investigación científica.

Convencionalmente, el cultivo de tejidos para la regeneración de plantas requiere la aplicación de reguladores del crecimiento vegetal (PGR), como auxinas y citoquininas, para controlar la diferenciación celular. Sin embargo, las condiciones hormonales óptimas pueden variar significativamente según la especie de planta, las condiciones de cultivo y el tipo de tejido. Por lo tanto, establecer las condiciones óptimas de la PGR puede llevar mucho tiempo y ser laborioso.

Para superar este desafío, el profesor asociado Tomoko Igawa, junto con el profesor asociado Mai F. Minamikawa de la Universidad de Chiba, el profesor Hitoshi Sakakibara de la Escuela de Graduados en Ciencias Bioagrícolas de la Universidad de Nagoya y el técnico experto Mikiko Kojima de RIKEN CSRS, han desarrollado un método versátil. de la regeneración de las plantas mediante la modulación de la expresión de genes 'reguladores del desarrollo' (DR) que controlan la diferenciación de las células vegetales.

Proporcionando más información sobre su trabajo de investigación publicado en Frontiers in Plant Science , dice el Dr. Igawa, "En lugar de utilizar PGR externos, nuestro sistema utiliza los genes DR, que están involucrados en el desarrollo y la morfogénesis, para controlar la diferenciación celular. El sistema utiliza genes de factores de transcripción y se asemeja a la generación de células pluripotentes inducidas en los mamíferos". /P>

Los investigadores expresaron ectópicamente dos genes DR, a saber, BABY BOOM (BBM) y WUSCHEL (WUS) de Arabidopsis thaliana (utilizada como planta modelo), y examinaron sus efectos en la diferenciación de cultivos de tejidos de tabaco, lechuga y petunia. BBM codifica un factor de transcripción que regula el desarrollo embrionario, mientras que WUS codifica un factor de transcripción que mantiene la identidad de las células madre en la región del meristemo apical del brote.

Sus experimentos revelaron que la expresión de Arabidopsis BBM o WUS por sí sola era insuficiente para inducir la diferenciación celular en el tejido de las hojas de tabaco. Por el contrario, la coexpresión de BBM funcionalmente mejorada y WUS funcionalmente modificada indujo un fenotipo de diferenciación acelerada y autónoma.

Las células de las hojas transgénicas se diferenciaron en callos (una masa desorganizada de células), estructuras verdosas parecidas a órganos y brotes adventicios en ausencia de la aplicación de PGR. El análisis cuantitativo de la reacción en cadena de la polimerasa (qPCR) (una técnica utilizada para cuantificar las transcripciones de genes) reveló que la expresión de Arabidopsis BBM y WUS se asoció con la formación de callos y brotes transgénicos.

Dado el papel clave de las fitohormonas en la división y diferenciación celular, los investigadores cuantificaron los niveles de seis fitohormonas, a saber:auxinas, citoquininas, ácido abscísico (ABA), giberelinas (GA), ácido jasmónico (JA), ácido salicílico ( SA), y sus metabolitos en los cultivos de plantas transgénicas. Sus hallazgos revelaron que los niveles de auxinas activas, citoquininas, ABA y GA inactivos aumentaron a medida que las células se diferenciaban para formar órganos, destacando su papel en la diferenciación y organogénesis de las células vegetales.

Además, los investigadores utilizaron el transcriptoma mediante secuenciación de ARN (una técnica utilizada para el análisis cualitativo y cuantitativo de la expresión genética) para evaluar los patrones de expresión genética en las células transgénicas que muestran una diferenciación activa. Sus resultados sugirieron que los genes relacionados con la proliferación celular y las auxinas estaban enriquecidos entre los genes con regulación positiva diferencial.

Una validación adicional mediante qPCR reveló que cuatro genes estaban regulados hacia arriba o hacia abajo en las células transgénicas, incluidos aquellos que regulan la diferenciación de las células vegetales, el metabolismo, la organogénesis y la respuesta a las auxinas.

En general, estos hallazgos arrojan luz sobre un enfoque novedoso y versátil para la regeneración de plantas sin la necesidad de aplicar PGR externamente. Además, el sistema utilizado en este estudio tiene el potencial de mejorar nuestra comprensión de los procesos fundamentales de diferenciación de células vegetales y mejorar el mejoramiento biotecnológico de especies de plantas útiles.

El Dr. Igawa dice:"El sistema informado puede mejorar el fitomejoramiento al proporcionar una herramienta para inducir la diferenciación celular de células vegetales transgénicas sin la aplicación de PGR. Por lo tanto, en sociedades donde las plantas transgénicas se aceptan como productos, aceleraría el fitomejoramiento y reduciría la producción asociada. costos."