Naukowcy pracujący nad konstrukcją genetycznych narzędzi kontroli rozwoju roślin muszą dowiedzieć się najpierw, co sprawia, że poszczególne geny uaktywniają się na określonych etapach faz rozwojowych rośliny i jakie dokładnie pełnią funkcje. Mimo iż wiele mechanizmów zostało już opisanych, proces embriogenezy wciąż kryje przed genetykami wiele tajemnic. Analizą czynników transkrypcyjnych oraz miRNA, które są regulatorami ekspresji wybranych genów w kontekście embriogenezy somatycznej roślin, zajmuje się dr Katarzyna Nowak z Katedry Genetyki Uniwersytetu Śląskiego.

Dr Katarzyna Nowak z Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska

Aby poznać mechanizmy warunkujące przebieg danego procesu, biolodzy analizują naturalnie występujące w roślinach genotypy oraz tworzą różne linie transgeniczne charakteryzujące się wyciszeniem lub nadekspresją wybranego genu. Porównując zmiany zachodzące w rozwoju badanej rośliny, mogą wnioskować o roli, jaką ten gen pełni w żywym organizmie.

Jak wyjaśnia dr Katarzyna Nowak, prowadzone badania z zakresu genetyki wymagają nawiązania współpracy z naukowcami z innych ośrodków naukowych. – Gdy rozpoczynałam studia doktoranckie, odbywałam staże w zagranicznych laboratoriach, by nauczyć się przede wszystkim tworzyć konkretne linie transgeniczne roślin, na podstawie których można potem wnioskować o funkcji interesujących mnie genów – mówi naukowiec z Uniwersytetu Śląskiego. Podczas studiów dr Katarzyna Nowak odbyła staże w Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie w Poczdamie oraz w Uniwersytecie w Tübingen, gdzie uczyła się nowych technik tworzenia specyficznych linii transgenicznych pozwalających m.in. analizować przebieg embriogenezy somatycznej u roślin.

Współpraca nie ogranicza się jednak tylko do nauki nowych technik z zakresu genetyki. Naukowcy dzielą się również otrzymanymi w swoich ośrodkach liniami transgenicznymi. – Proces tworzenia linii zajmuje zwykle sporo czasu, dlatego śledzimy publikacje naukowe z całego świata, dzięki którym wiemy, w której jednostce mogą znajdować się interesujące nas mutanty – wyjaśnia genetyk. – W związku z tym prosimy o przesłanie gotowych nasion do badań. W moich analizach korzystałam z roślin otrzymanych przez biologów w Stanach Zjednoczonych, Francji, Niemczech czy Chinach. My również chętnie dzielimy się naszymi hodowlami – dodaje.

Głównym przedmiotem zainteresowań dr Katarzyny Nowak jest przebieg embriogenezy somatycznej, która polega na formowaniu się zarodków z roślinnych komórek wegetatywnych. Jednocześnie badania prowadzone są na modelowej roślinie z gatunku Arabidopsis ze względu na łatwość dokonywania transformacji genetycznych. Jednym z najlepiej poznanych genów, jak wyjaśnia naukowiec, jest czynnik transkrypcyjny LEC2, o którym wiadomo, że reguluje geny biosyntezy auksyn – hormonów stymulujących wzrost roślin i odgrywających rolę w różnych procesach adaptacji. Grupa, w której pracuje Dr Katarzyna Nowak, bada znaczenie tego czynnika dla embriogenezy somatycznej. Prowadzone w Katedrze Genetyki UŚ badania wykazały, że nedekspresja czynnika LEC2 stymuluje ekspresję genów z rodziny YUCCA, co z kolei przekłada się na wzrost produkcji auksyn, dzięki którym spontanicznie wytwarzają się zarodki somatyczne z siewek. – Modyfikacja ekspresji tego czynnika wpływa również na działanie innych hormonów, przy czym zmiana poziomu jednego z nich może wpływać na poziom pozostałych regulatorów wzrostu i innych związków w organizmie roślinnym, dlatego tak trudno jest opisać tę specyficzną maszynerię transkrypcyjną – wyjaśnia naukowiec.

Dr Katarzyna Nowak prowadzi także badania innego czynnika transkrypcyjnego o nazwie AGL15, który należy do grupy białek regulujących między innymi geny kodujące tzw. cząsteczki mikroRNA będące krótkimi odcinkami RNA o długości około 20 nukleotydów. Jest to kolejny krok do zrozumienia procesów zachodzących w rozmnażających się wegetatywnie komórkach roślinnych. – Wiemy już dzięki prowadzonym badaniom, że jeśli mikroRNA przyłączy się do docelowego mRNA, dojdzie do swoistego cięcia, w wyniku którego maszyneria translacyjna zostaje zatrzymana, nie dochodzi do biosyntezy białka i następuje wyciszenia ekspresji wybranego genu – wyjaśnia naukowiec. – Teraz zajmuję się badaniem, w jakich warunkach czynnik AGL15 staje się aktywatorem genu, a w jakich pełni funkcję represora, doprowadzając do wyciszenia jego ekspresji – dodaje.

Docelowo rozpoznanie mechanizmów wpływu różnych czynników transkrypcyjnych na embriogenezę somatyczną pozwoli stworzyć takie linie transgeniczne roślin, które będzie cechować wyższa efektywność i produktywność wytwarzania zarodków. Rozwój efektywnych metod regeneracji jest warunkiem koniecznym do wykorzystania nowoczesnych narzędzi biotechnologicznych, w tym transformacji genetycznej do analiz funkcjonalnych genów i w przyszłości może służyć poprawie ilości i jakości plonów roślin użytkowych.