이미지: 전통적인 식물 재생 방법은 호르몬과 같은 식물 생장 조절제를 사용해야 하는데, 이는 종 특이적이고 노동 집약적일 수 있습니다. 새로운 연구에서 과학자들은 식물 세포의 탈분화(세포 증식)와 재분화(기관 형성)에 관여하는 유전자의 기능과 발현을 조절하는 새로운 식물 재생 시스템을 개발했습니다. 더 보기
식물 재생의 전통적인 방법에는 다음이 필요합니다.식물 생장 조절제~와 같은호르몬종 특이적이고 노동 집약적일 수 있는 s. 새로운 연구에서 과학자들은 식물 세포의 탈분화(세포 증식)와 재분화(기관 형성)에 관여하는 유전자의 기능과 발현을 조절함으로써 새로운 식물 재생 시스템을 개발했습니다.
식물은 오랫동안 동물과 인간의 주요 식량 공급원이었습니다. 또한, 다양한 의약품 및 치료용 화합물을 추출하는 데에도 식물이 사용됩니다. 그러나 식물의 오용과 식량 수요 증가는 새로운 식물 육종법의 필요성을 부각시킵니다. 식물 생명공학의 발전은 생산성이 높고 기후 변화에 강한 유전자 변형(GM) 식물을 생산함으로써 미래의 식량 부족 문제를 해결할 수 있습니다.
자연적으로 식물은 하나의 "전능성" 세포(여러 세포 유형을 만들어낼 수 있는 세포)로부터 역분화와 재분화를 통해 서로 다른 구조와 기능을 가진 세포로 완전히 새로운 식물을 재생시킬 수 있습니다. 식물 조직 배양을 통한 이러한 전능성 세포의 인공적인 조절은 식물 보호, 육종, 형질전환 식물 생산 및 과학 연구 목적으로 널리 사용됩니다. 전통적으로 식물 재생을 위한 조직 배양에는 세포 분화를 조절하기 위해 옥신과 사이토키닌과 같은 식물 생장 조절제(GGR)가 필요합니다. 그러나 최적의 호르몬 조건은 식물 종, 배양 조건 및 조직 유형에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 따라서 최적의 탐사 조건을 조성하는 것은 시간과 노동력이 많이 소요되는 작업이 될 수 있습니다.
이 문제를 해결하기 위해 이카와 토모코 부교수는 지바대학교 마이 F. 미나미카와 부교수, 나고야대학교 대학원 생물농업과학연구과 히토시 사카키바라 교수, 그리고 리켄 CSRS의 전문 기술자인 코지마 미키코와 함께 조절을 통한 식물 제어를 위한 보편적인 방법을 개발했습니다. "발달 조절(DR)" 세포 분화 유전자의 발현을 통해 식물 재생을 달성하는 것입니다. 2024년 4월 3일 프론티어 인 플랜트 사이언스(Frontiers in Plant Science) 15권에 게재된 이카와 박사는 연구 결과에 대한 추가 정보를 제공하며, "우리 시스템은 외부 PGR을 사용하지 않고, 포유류에서 유도된 만능 세포와 유사하게 전사 인자 유전자를 사용하여 세포 분화를 제어합니다."라고 설명했습니다.
연구진은 모델 식물로 사용된 애기장대(Arabidopsis thaliana)에서 두 가지 DR 유전자인 BABY BOOM(BBM)과 WUSCHEL(WUS)을 이소발현시켜 담배, 상추, 페튜니아의 조직배양 분화에 미치는 영향을 조사했습니다. BBM은 배아 발달을 조절하는 전사인자를, WUS는 줄기 정단 분열조직 부위에서 줄기세포의 정체성을 유지하는 전사인자를 암호화합니다.
그들의 실험은 애기장대 BBM 또는 WUS의 단독 발현만으로는 담배 잎 조직에서 세포 분화를 유도하기에 충분하지 않음을 보여주었습니다. 반대로, 기능이 강화된 BBM과 기능적으로 변형된 WUS의 동시 발현은 가속화된 자율 분화 표현형을 유도합니다. PCR을 사용하지 않았을 때, 형질전환 잎 세포는 캘러스(무질서한 세포 덩어리), 녹색 기관 유사 구조, 그리고 부정아로 분화되었습니다. 유전자 전사체를 정량화하는 데 사용되는 방법인 정량적 중합효소 연쇄 반응(qPCR) 분석 결과, 애기장대 BBM과 WUS의 발현은 형질전환 캘러스와 신초 형성과 상관관계가 있는 것으로 나타났습니다.
세포 분열과 분화에 있어 식물호르몬의 중요한 역할을 고려하여, 연구진은 형질전환 식물 작물에서 옥신, 사이토키닌, 아브시스산(ABA), 지베렐린(GA), 자스몬산(JA), 살리실산(SA)과 그 대사산물 등 여섯 가지 식물호르몬의 수준을 정량화했습니다. 연구 결과, 세포가 기관으로 분화됨에 따라 활성 옥신, 사이토키닌, ABA, 그리고 비활성 GA의 수준이 증가함을 보여 식물 세포 분화와 기관 형성에서 이들 호르몬의 역할을 강조했습니다.
또한, 연구진은 유전자 발현의 정성 및 정량 분석 방법인 RNA 시퀀싱 전사체를 이용하여 활발한 분화를 보이는 형질전환 세포의 유전자 발현 패턴을 평가했습니다. 연구 결과는 세포 증식 및 옥신 관련 유전자가 차등적으로 조절되는 유전자에 풍부하게 분포되어 있음을 보여주었습니다. qPCR을 이용한 추가 분석 결과, 형질전환 세포에서 식물 세포 분화, 대사, 기관 형성, 그리고 옥신 반응을 조절하는 유전자를 포함한 네 가지 유전자의 발현이 증가하거나 감소하는 것으로 나타났습니다.
전반적으로, 이러한 결과는 외부 PCR을 사용하지 않고도 식물 재생에 대한 새롭고 다재다능한 접근법을 보여줍니다. 또한, 본 연구에 사용된 시스템은 식물 세포 분화의 근본적인 과정에 대한 이해를 높이고 유용한 식물 종의 생명공학적 선별을 향상시킬 수 있을 것입니다.
이카와 박사는 자신의 연구의 잠재적 응용 가능성을 강조하며, "보고된 시스템은 PCR 없이도 형질전환 식물 세포의 세포 분화를 유도하는 도구를 제공함으로써 식물 육종을 향상시킬 수 있습니다. 따라서 형질전환 식물이 제품으로 인정받기 전에 사회는 식물 육종을 가속화하고 관련 생산 비용을 절감할 수 있을 것입니다."라고 말했습니다.
이가와 토모코 부교수 소개 이가와 토모코 박사는 일본 치바대학교 대학원 원예학연구과, 분자식물과학연구센터, 우주농업원예연구센터의 조교수입니다. 연구 관심 분야는 식물 유성생식 및 발달, 그리고 식물생명공학입니다. 다양한 형질전환 시스템을 이용한 유성생식 및 식물 세포 분화의 분자적 메커니즘을 이해하는 데 중점을 두고 있습니다. 이 분야에서 다수의 논문을 발표했으며, 일본식물생명공학회, 일본식물학회, 일본식물육종학회, 일본식물생리학회, 국제식물유성생식학회의 회원입니다.
외부 호르몬을 사용하지 않는 형질전환 세포의 자율적 분화: 내인성 유전자의 발현과 식물 호르몬의 행동
저자는 이 연구가 이해 상충의 가능성이 있는 상업적 또는 재정적 관계가 없는 상태에서 수행되었다고 선언합니다.
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게시 시간: 2024년 8월 22일