I en studie publicerad i Cell den 22 maj rapporterar forskare under ledning av Prof. Li Chuanyou från Institute of Genetics and Developmental Biology (IGDB) vid den kinesiska vetenskapsakademin sin upptäckt att REGENERATION FACTOR1 (REF1) är den primära lokala sårsignalen som sätter igång växtregenerativa reaktioner. Denna upptäckt föreslår en bekväm metod för att förbättra omvandlingseffektiviteten för grödor som är svåra att omvandla genom att öka deras regenereringskapacitet.

Jämfört med sina djurmotsvarigheter upplever växter skador oftare och har utvecklat en extraordinär förmåga att klara av dem. Vid skada aktiverar växter omedelbart försvarssvar för att förhindra patogeninfektion och/eller insektsattack. Parallellt aktiverar växter cellulär omprogrammering för att reparera skadade vävnader och regenerera förlorade kroppsdelar.

Även om sårsignalerna och signalkaskaderna som används av växter för att aktivera sårinducerade försvarssvar är väl kända, förblir de molekylära mekanismerna bakom sårinducerade regenerativa svar oklara.

Även om sårskada är avgörande för att initiera olika typer av organregenerering, har den biokemiska naturen hos de förmodade lokala sårsignalerna som styr denna process förblivit ett mysterium i århundraden.

Dessutom varierar den regenerativa förmågan hos växter i naturen kraftigt mellan arter och genotyper, vilket är ett av de största hindren för att fullt ut förverkliga potentialen för genetisk transformation och genomredigeringsteknologier för växtförädling. Därför bland 125 viktiga obesvarade frågor listade av tidskriften Science , "Vad styr organregenerering?" valdes ut som en av de 25 bästa frågorna.

Med tanke på att regenerering och försvar är sammankopplade aspekter av växtsårsvar, är det rimligt att spekulera i att tomatmutanter som är defekta i den förmodade regenereringssignalen skulle visa både försämrad regenereringskapacitet och försämrad försvarsreaktion.

Baserat på denna princip identifierade forskarna en spr9-mutant som är defekt i både sårinducerade försvarssvar och regenerativa svar. spr9 påverkar i första hand lokala försvarssvar och avskaffar kapaciteten för sårinducerad kallusbildning och skottregenerering, vilket tyder på att SPR9-genen spelar en dubbel roll för att reglera sårinducerat lokalt försvar och organregenerering.

Genkloningsstudier visade att SPR9-genen kodar för en prekursor till en peptid. Utarmning av SPR9 avskaffade den regenerativa kapaciteten hos tomater, och överuttryck av SPR9 resulterade i förbättrad regenerativ kapacitet.

Dessutom ökade appliceringen av dess peptidprodukt dramatiskt regenereringskapaciteten. Därför betecknades denna peptid som REGENERATION FACTOR1, eller REFL.

Ytterligare studier visade att REF1 uppfattas av receptorn PORK1. När växtceller skadas binder REF1 sin receptor PORK1 för att aktivera WIND1, en huvudregulator för sårinducerad cellulär omprogrammering, och initierar därigenom regenerativa svar.

Samtidigt binder aktiverad WIND1 promotorn av REF1-prekursorgenen för att aktivera dess uttryck, och förstärker därigenom REF1-signalering för vävnadsreparation och organregenerering. Således fungerar REF1 som en fytocytokin för att orkestrera sårinducerad organregenerering.

Eftersom REF1 och dess receptor är mycket konserverade i både tvåhjärtbladiga och enhjärtbladiga växter, är REF1-inducerad förbättring av regenereringskapaciteten en utbredd mekanism. Användning av REF1 har dramatiskt förbättrat omvandlingseffektiviteten i flera svåromvandlade grödor, inklusive sojabönor, vete och majs.

Upptäckten av REF1 svarar inte bara på den långvariga frågan om hur växter initierar organregenerering, utan ger också en bekväm och universell metod för att öka transformationseffektiviteten hos grödor på ett art- och/eller genotypoberoende sätt.

Mer information: Wentao Yang et al, Peptid REF1 är en lokal sårsignal som främjar växtregenerering, cell (2024). DOI:10.1016/j.cell.2024.04.040

Journalinformation: Vetenskap , Cell

Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences