Peptidhormoner är viktiga tillväxtregulatorer som spelar olika roller i många organismer. Även om vikten av gener som kodar för peptidhormoner är allmänt erkänd, de flesta peptider har ännu inte karakteriserats funktionellt. Genom att använda genomredigeringsteknik, forskare från Kumamoto University, Japan skapade en ny, omfattande genetisk resurssamling av växter med knockade CLE-peptidkodande gener. CLE-peptider är en grupp växtspecifika peptidhormoner som spelar en roll i cellsignalering och regleras av CLE-gener. Denna öppna samling förväntas bidra till framtida studier om hur peptidhormoner fungerar i växter.

Genomredigering, en teknik som gör att vi kan slå ut eller modifiera specifika gener, har varit i rampljuset nyligen. "CRISPR/Cas9"-metoden etablerades 2013 med framgångsrika fall av genomredigering rapporterade hos djur, jäst, växter, och många andra organismer. Innan CRISPR/Cas9, Genomredigering krävde komplicerade procedurer och var därför inte populär i forskning som riktade sig mot flera gener. Inrättandet av CRISPR/Cas9, å andra sidan, medfört stora framsteg inom genomredigering på grund av dess höga effektivitet, hög målspecificitet, och enkelhet. På grund av dessa fördelar, forskare fick ett sätt att undersöka geners funktion, som att analysera effekten av att slå ut specifika gener på organismer och/eller cellers beteende.

De senaste framstegen inom växtvetenskap har upptäckt olika områden där peptidhormoner ger värdefull information i växtlivscykler, till exempel bestämma antalet celler och vävnadsstorlek, kontrollera pollinering, och reagerar på klimatförändringar eller sjukdomar. Många forskare forskar just nu om växtgenetik eftersom generna för många okarakteriserade peptidhormoner ännu inte har upptäckts. Även om gener som är kodande för peptidhormoner är svåra att studera, de kan generera en mängd genetiska resurser för framtida forskning.

Med CRISPR/Cas9, forskargruppen vid Kumamoto University försökte påskynda forskningen om växtpeptidhormon. De valde Arabidopsis thaliana, en modellväxt med 32 CLE-peptidkodande gener, och genererade en samling genutslagningsverktyg som motsvarade var och en av de 32 generna. Genom att etablera dessa mutanter Arabidopsis växtlinjer, de gjorde det möjligt att lättare undersöka funktionen för varje gen.

För att utvärdera effektiviteten av genknockouten, forskargruppen tittade på CLV3, den mest studerade CLE-peptiden. Det är känt att ha en roll i att undertrycka celldelningar vid odlingspunkterna för stammar. Som förväntat, CLV3-mutanten av Arabidopsis-växter producerade oregelbundet formad frukt på grund av ett ökat antal celler.

Vidare, forskarna kunde använda de muterade växterna för att göra vad som tros vara den första rapporten om den biologiska relevansen av genen CLE44. Även om det förväntades att CLE44 reglerar antalet celler i kärlknippet, forskning om den hypotesen hade inte utförts på grund av otillräckliga bioresurser. Med hjälp av deras nyutvecklade mutanta växtlinjer, forskarna vid Kumamoto -universitetet observerade en minskning av antalet kärlknippsceller i CLE44 -mutantväxterna, vilket bekräftar dess roll i vaskulär utveckling.

"Vår samling av genetiska resurser har potential att hjälpa till att studera okända peptidhormoner som CLE44, ", sa assisterande professor Takashi Ishida vid Kumamoto University. "Vi hoppas att detta tillvägagångssätt blir en modell för liknande forskning i framtiden."

Denna forskning publicerades online i Växt- och cellfysiologi den 25 september 2017, och kommer att presenteras som en "Research Highlight" i en kommande volym av tidskriften.