Peptidehormonen zijn belangrijke groeiregulatoren die in veel organismen verschillende rollen spelen. Hoewel het belang van genen die coderen voor peptidehormonen algemeen wordt erkend, de meeste peptiden moeten nog functioneel worden gekarakteriseerd. Met behulp van genoombewerkingstechnologie, onderzoekers van de Kumamoto University, Japan genereerde een nieuwe, uitgebreide verzameling genetische bronnen van planten met uitgeschakelde genen die voor CLE-peptiden coderen. CLE-peptiden zijn een groep plantspecifieke peptidehormonen die een rol spelen bij celsignalering en worden gereguleerd door CLE-genen. Deze open collectie zal naar verwachting bijdragen aan toekomstige studies over hoe peptidehormonen in planten werken.

Genoombewerking, een technologie die ons in staat stelt om specifieke genen uit te schakelen of te wijzigen, staat de laatste tijd volop in de belangstelling. De "CRISPR/Cas9"-methode werd in 2013 ingevoerd met succesvolle gevallen van genoombewerking bij dieren, gisten, planten, en vele andere organismen. Vóór CRISPR/Cas9, genoombewerking vereiste ingewikkelde procedures en was dus niet populair in onderzoek dat zich op meerdere genen richtte. De oprichting van CRISPR/Cas9, anderzijds, bracht grote vooruitgang op het gebied van genoombewerking vanwege de hoge efficiëntie, hoge doelspecificiteit, en eenvoud. Door deze voordelen, onderzoekers hebben een manier gevonden om de functie van genen te onderzoeken, zoals het analyseren van de impact van het uitschakelen van specifieke genen op het gedrag van organismen en/of cellen.

Recente vorderingen in de plantenwetenschap hebben verschillende gebieden ontdekt waar peptidehormonen waardevolle informatie verschaffen in de levenscyclus van planten, bijvoorbeeld het bepalen van het aantal cellen en de grootte van weefsels, bestuiving controleren, en reageren op klimaatverandering of ziekte. Veel wetenschappers doen momenteel onderzoek naar plantengenetica omdat de genen voor veel niet-gekarakteriseerde peptidehormonen nog niet zijn ontdekt. Hoewel genen die coderen voor peptidehormoon moeilijk te bestuderen zijn, ze kunnen een schat aan genetische bronnen genereren voor toekomstig onderzoek.

Met behulp van CRISPR/Cas9, het onderzoeksteam van de Kumamoto University probeerde het onderzoek naar plantpeptidehormoon te versnellen. Ze selecteerden Arabidopsis thaliana, een modelplant met 32 ​​CLE-peptide-coderende genen, en genereerde een verzameling gen-knockout-tools die overeenkwamen met elk van de 32 genen. Door deze mutanten vast te stellen Arabidopsis plant lijnen, ze maakten het mogelijk om de functie van elk gen gemakkelijker te onderzoeken.

Om de effectiviteit van de gen-knock-out te evalueren, het onderzoeksteam keek naar CLV3, het meest bestudeerde CLE-peptide. Het is bekend dat het een rol speelt bij het onderdrukken van celdelingen op de groeipunten van stengels. Zoals verwacht, de CLV3-mutant van Arabidopsis-planten produceerde onregelmatig gevormde vruchten vanwege een verhoogd aantal cellen.

Verder, de onderzoekers waren in staat om de gemuteerde planten te gebruiken om wat wordt verondersteld het eerste rapport te zijn over de biologische relevantie van gen CLE44. Hoewel verwacht werd dat CLE44 het aantal cellen in de vaatbundel reguleert, onderzoek naar die hypothese was niet uitgevoerd vanwege onvoldoende bioresources. Met behulp van hun nieuw ontwikkelde mutante plantenlijnen, de onderzoekers van de Kumamoto University observeerden een afname van het aantal vaatbundelcellen in de CLE44-mutante planten, waardoor het zijn rol in de vasculaire ontwikkeling bevestigt.

"Onze verzameling genetische bronnen heeft het potentieel om onbekende peptidehormonen zoals CLE44, " zei assistent-professor Takashi Ishida van Kumamoto University. "We hopen dat deze benadering in de toekomst een model wordt voor soortgelijk onderzoek."

Dit onderzoek is online geplaatst in Planten- en celfysiologie op 25 september 2017, en zal worden uitgelicht als een "Onderzoekshoogtepunt" in een komende jaargang van het tijdschrift.