研究人员开发了无需应用植物激素的遗传植物再生方法

多年以来，植物一直是动物和人类的主要营养来源。此外，植物用于提取各种药用和治疗化合物。然而，它们的滥用，加上对食物的需求不断增加，凸显了对新型植物育种实践的需求

植物生物技术的进步可以通过生产具有更高生产力和对气候变化的适应能力的转基因植物来解决未来与粮食短缺相关的问题

自然地，植物可以通过去分化和再分化，将一个“全能”细胞（一种可以产生多种细胞类型的细胞）再生成具有各种结构和功能的细胞。通过植物组织培养对这种全能细胞的人工调节被广泛用于植物保护、育种、转基因物种的产生和科学研究目的

传统上，用于植物再生的组织培养需要应用植物生长调节剂（PGRs），如生长素和细胞分裂素，以控制细胞分化。然而，最佳激素条件可能因植物种类、培养条件和组织类型而异。因此，建立最佳PGR条件可能是费时费力的

为了克服这一挑战，Igawa Tomoko副教授与千叶大学的Mai F.Minamikawa副教授、名古屋大学生物农业科学研究生院的Hitoshi Sakakibara教授和RIKEN CSRS的专家技术员Mikiko Kojima共同开发了一种多功能的植物再生方法，通过调节控制植物细胞分化的“发育调节因子”（DR）基因的表达

Igawa博士在发表于《植物科学前沿》杂志上的研究工作中发表了进一步的见解，他说：“我们的系统不是使用外部PGR，而是使用参与发育和形态发生的Dr基因来控制细胞分化。该系统利用转录因子基因，类似于哺乳动物的诱导多能干细胞生成。”；来自拟南芥（用作模型植物）的BABY BOOM（BBM）和WUSCHEL（WUS），并检测了它们对烟草、生菜和矮牵牛组织培养物分化的影响。BBM编码一种调节胚胎发育的转录因子，而WUS编码一种维持茎尖分生组织区域干细胞特性的转录因子

他们的实验表明，单独表达拟南芥BBM或WUS不足以诱导烟草叶片组织中的细胞分化。相反，功能增强的BBM和功能修饰的WUS的共表达诱导了加速和自主分化表型

在没有PGR应用的情况下，转基因叶细胞分化为愈伤组织（一团无组织的细胞）、绿色器官样结构和不定芽。定量聚合酶链式反应（qPCR）分析（一种用于量化基因转录物的技术）表明，拟南芥BBM和WUS的表达与转基因愈伤组织和芽的形成有关

鉴于植物激素在细胞分裂和分化中的关键作用，研究人员继续量化了六种植物激素的水平，即；生长素、细胞分裂素、脱落酸（ABA）、赤霉素（GA）、茉莉酸（JA）、水杨酸（SA）及其代谢产物。他们的发现表明，随着细胞分化形成器官，活性生长素、细胞分裂素、ABA和非活性GA的水平增加，突出了它们在植物细胞分化和器官发生中的作用

此外，研究人员通过RNA测序（一种用于基因表达定性和定量分析的技术）使用转录组来评估显示活跃分化的转基因细胞中的基因表达模式。他们的研究结果表明，与细胞增殖和生长素相关的基因在差异上调的基因中富集

使用qPCR的进一步验证显示，四个基因在转基因细胞中上调或下调，包括那些调节植物细胞分化、代谢、器官发生和生长素反应的基因

总的来说，这些发现揭示了一种新的、多功能的植物再生方法，无需外部应用PGR。此外，本研究中使用的系统有可能促进我们对植物细胞分化基本过程的理解，并改进有用植物物种的生物技术育种

Igawa博士说：“报告的系统可以通过提供一种无需PGR应用就能诱导转基因植物细胞分化的工具来改善植物育种。因此，在转基因植物被视为产品的社会中，它将加速植物育种并降低相关生产成本。”