In een onderzoek gepubliceerd in Cell op 22 mei rapporteren onderzoekers onder leiding van prof. Li Chuanyou van het Instituut voor Genetica en Ontwikkelingsbiologie (IGDB) van de Chinese Academie van Wetenschappen hun ontdekking dat REGENERATIEFACTOR1 (REF1) het primaire lokale wondsignaal is dat de regeneratieve reacties van planten op gang brengt. Deze ontdekking suggereert een handige methode om de transformatie-efficiëntie van moeilijk te transformeren gewassen te verbeteren door hun regeneratiecapaciteit te vergroten.

Vergeleken met hun dierlijke tegenhangers lopen planten vaker verwondingen op en hebben ze een buitengewoon vermogen ontwikkeld om daarmee om te gaan. Bij verwonding activeren planten onmiddellijk verdedigingsreacties om infectie met pathogenen en/of insectenaanvallen te voorkomen. Tegelijkertijd activeren planten cellulaire herprogrammering om beschadigde weefsels te herstellen en verloren lichaamsdelen te regenereren.

Hoewel de wondsignalen en signaalcascades die door planten worden gebruikt om wondgeïnduceerde afweerreacties te activeren goed worden begrepen, blijven de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan wondgeïnduceerde regeneratieve reacties onduidelijk.

Hoewel verwonding essentieel is voor het initiëren van verschillende soorten orgaanregeneratie, is de biochemische aard van de vermeende lokale wondsignalen die dit proces beheersen eeuwenlang een mysterie gebleven.

Bovendien varieert het regeneratieve vermogen van planten in de natuur sterk tussen soorten en genotypen, wat een van de belangrijkste hindernissen is bij het volledig realiseren van het potentieel van genetische transformatie en genoombewerkingstechnologieën voor de veredeling van gewassen. Daarom behoort dit tot de 125 belangrijke onbeantwoorde vragen die zijn vermeld door het tijdschrift Science , "Wat regelt de regeneratie van organen?" werd geselecteerd als een van de 25 beste vragen.

Gezien het feit dat regeneratie en verdediging onderling verbonden facetten zijn van de reacties op plantwonden, is het redelijk om te speculeren dat tomatenmutanten die defect zijn in het vermeende regeneratiesignaal zowel een aangetast regeneratievermogen als een verminderde verdedigingsreacties zouden vertonen.

Op basis van dit principe identificeerden de onderzoekers een spr9-mutant die defect is in zowel wond-geïnduceerde afweerreacties als regeneratieve reacties. spr9 heeft vooral invloed op de lokale afweerreacties en elimineert het vermogen tot wond-geïnduceerde callusvorming en scheutregeneratie. Dit suggereert dat het SPR9-gen een dubbele rol speelt bij het reguleren van wond-geïnduceerde lokale afweer en orgaanregeneratie.

Uit onderzoek naar genklonering is gebleken dat het SPR9-gen codeert voor een voorloper van een peptide. De uitputting van SPR9 maakte een einde aan het regeneratieve vermogen van tomaten, en overexpressie van SPR9 resulteerde in een groter regeneratief vermogen.

Bovendien verhoogde de toepassing van het peptideproduct de regeneratiecapaciteit dramatisch. Daarom werd dit peptide REGENERATION FACTOR1 of REF1 genoemd.

Verdere onderzoeken hebben aangetoond dat REF1 wordt waargenomen door de receptor PORK1. Wanneer plantencellen gewond raken, bindt REF1 zijn receptor PORK1 om WIND1 te activeren, een hoofdregulator van wondgeïnduceerde cellulaire herprogrammering, waardoor regeneratieve reacties worden geïnitieerd.

Ondertussen bindt geactiveerd WIND1 de promotor van het REF1-voorlopergen om de expressie ervan te activeren, waardoor de REF1-signalering voor weefselherstel en orgaanregeneratie wordt versterkt. REF1 fungeert dus als een fytocytokine om door wonden geïnduceerde orgaanregeneratie te orkestreren.

Omdat REF1 en zijn receptor in hoge mate geconserveerd zijn in zowel tweezaadlobbige als eenzaadlobbige planten, is de door REF1 geïnduceerde verbetering van de regeneratiecapaciteit een wijdverbreid mechanisme. Toepassing van REF1 heeft de transformatie-efficiëntie dramatisch verbeterd in verschillende moeilijk te transformeren gewassen, waaronder sojabonen, tarwe en maïs.

De ontdekking van REF1 beantwoordt niet alleen de al lang bestaande vraag hoe planten orgaanregeneratie initiëren, maar biedt ook een handige en universele methode om de transformatie-efficiëntie van gewassen op een soort- en/of genotype-onafhankelijke manier te vergroten.

Meer informatie: Wentao Yang et al., Peptide REF1 is een lokaal wondsignaal dat de regeneratie van planten bevordert, Cel (2024). DOI:10.1016/j.cell.2024.04.040

Journaalinformatie: Wetenschap , Cel

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen