Chimerische planten-het beste van beide werelden
Chimeric Egg & Chips (linker foto) en TomTato (rechter foto) planten zijn enten waarbij nauw verwante soorten betrokken zijn. Andere chimera ‘ s kunnen mogelijk zijn als enten meer in het algemeen kan worden toegepast.
foto: THOMPSON & MORGAN
het snijden van de scheuten van een plant (de telg) en het samenvoegen of entten met een andere plant (de onderstam) is al millennia een praktijk van telers. De resulterende chimerische organismen hebben de voortplanting van groenten en fruit met de gewenste kenmerken mogelijk gemaakt, controle van de grootte van de boom om fruit oogsten te vergemakkelijken, en het behoud van elite wijn cultivar telgen op onderstammen resistent tegen phylloxera, een destructief insect. De meeste plantensoorten zullen op zichzelf transplanteren, sommige op nauw verwante soorten, maar zelden zullen planten met succes transplanteren op meer verre verwanten (1). Op pagina 698 van dit nummer, Notaguchi et al. (2) identificeer een belangrijke enzymatische activiteit die de invoering van enten tussen de tabaksplant Nicotiana benthamiana en een breed scala aan soorten bevordert. Ze tonen aan dat twee onverenigbare soorten kunnen worden geënt met weefsel van N. benthamiana als interscion. Dit zou de combinaties van soorten waarmee het mogelijk is om chimera ‘ s te genereren aanzienlijk kunnen uitbreiden.
de compatibiliteit tussen twee soorten hangt af van de totstandbrenging van een succesvolle entbinding aan de snijgrenzen en de verlengde overleving van de samengestelde, geënte plant. In tegenstelling tot andere compatible-incompatibele interacties, zoals herkenning van pollen als zelf of niet-zelf door vrouwelijke bloemorganen, is er nog geen bewijs voor een specifiek herkenningsmechanisme tussen transplantaatcomponenten. Het is echter van cruciaal belang dat de cellen aan de snijvlakken zich aan elkaar beginnen te hechten, dat de cellen aan de grens zich verdelen en groeien, en dat de vasculatuur, die nodig is voor het transport van water, voedingsstoffen en langeafstandssignaalmoleculen van de wortels naar de bovengrondse delen van de plant, opnieuw wordt Verbonden (1). Notaguchi et al. impliceer een specifieke cellulase in het bevorderen van cel-cel adhesie. Hoe cellulase dit fysiologische proces zou kunnen vergemakkelijken is een resterende vraag.Cellulases werken op het verteren van cellulose, het belangrijkste steigerbestanddeel van de celwanden van planten (3), en dit zou het remodelleren en versmelten van microvezels van cellulose tussen celwanden van de vasculatuur of andere celtypen tussen de telg en de onderstam mogelijk kunnen maken. Een andere mogelijkheid is dat de degradatie van cellulose surveillancemechanismen voor celwandintegriteit teweegbrengt, waardoor de biosynthese van de celwand wordt bevorderd (3). Hoewel celwanden van verschillende plantensoorten zeer verschillende samenstellingen kunnen hebben (3), is cellulose altijd een component, wat zou kunnen verklaren waarom een enzymactiviteit gericht op cellulose als het substraat de compatibiliteit tussen taxonomisch verre soorten lijkt te vergemakkelijken.
het vermogen om enten te maken tussen planten van dezelfde soort opende het gebied van langeafstandssignalering in plantenonderzoek, omdat mobiele eiwitten, messenger-RNAs (mRNAs) en kleine RNAs werden geïdentificeerd als signaalmoleculen (1). Het plantenhormoon florigen, afkomstig uit onderstammen, werd geïdentificeerd als een factor die de bloei bevordert en strigolacton als een plantenhormoon dat vertakking bevordert. Het mechanisme waardoor RNA het tot zwijgen brengen zich systemisch verspreidt werd opgehelderd met transplantaten (1). Enten maken ook de studie mogelijk van levenslange interacties tussen genomen van verschillende plantensoorten, hoe de architectuur van wortelsystemen de kracht en gezondheid van planten kan beïnvloeden, en het ontwerp van nieuwe gewas soorten. Voorbeelden van commercieel succes met enten zijn de TomTato, een plant die zowel aardappelen uit de wortel als tomaten boven de grond produceert, en eieren & Chips, een aubergine-telg op een aardappelwortel (4) (Zie de foto ‘ s). Tomaten, aubergines en aardappelen, samen met tabak, behoren tot dezelfde familie, Solanaceae, en dus zijn ze van nature vatbaar voor enten.
Notaguchi et al. aantonen dat N. benthamiana telgen of wortelstokken kunnen ent op fylogenetisch verre sojabonen en chrysanten, evenals vertegenwoordigers van 38 bloeiende planten (angiosperm) families. Door de combinaties van soorten uit te breiden die als telgen en wortelstokken kunnen worden gebruikt, kan de enttechnologie chimera ‘ s tussen verre verwanten produceren die bijdragen aan een duurzamere agrarische voetafdruk en bijdragen aan het behoud van de biodiversiteit.
met de klimaatverandering nemen meerdere biotische en abiotische stressoren toe, waardoor de opbrengstkloof, het verschil tussen theoretische en werkelijke opbrengst, voor veel agronomische en groentegewassen nog groter wordt. Droogte-of pathogeen-resistente of zout-tolerante wortelstokken, ofwel natuurlijk zo of genetisch gemanipuleerd, kan het groeiende aanbod van gewenste cultivars uit te breiden. Het vermogen om over een breed scala van eudicots (een van de twee klassen van bloeiende planten) te transplanteren, biedt een hulpmiddel om tolerantiekenmerken voor verschillende soorten samen te stellen: dergelijke kenmerken zijn multigenisch en daarom niet gemakkelijk aangepakt door een of enkele transgenen te ontwikkelen. Genetische verschillen in de bestendigheid van boomsoorten tegen water-of temperatuurstress zullen sommige soorten bijzonder kwetsbaar maken op de verwachte tijdschaal van klimaatverandering (5). Stevige onderstammen kunnen worden gebruikt om bedreigde soorten te behouden binnen een kortere termijn dan fokprogramma ‘ s kunnen bereiken.
vertrouwdheid en GEMAK, samen met de automatisering van het proces voor compatibele soorten, heeft de aanvaarding door de teler van enttechnologie tot een aantrekkelijke strategie gemaakt om de opbrengst en de kwaliteit van het product te verhogen, en om groenten en fruit in nieuwe omgevingen te kweken. Enten is ook een ongeslachtelijke vegetatieve voortplantingstechniek die de huidige beperkingen voor genetisch gemodificeerde organismen (GGO ‘ s) kan omzeilen (6). Zo kan enten op genetisch gemodificeerde onderstammen om de gevoeligheid voor door de grond overgedragen ziekten van een scion-cultivar te overwinnen regelgevende hindernissen overwinnen omdat de ziektebestendige vruchten zelf niet genetisch gemodificeerd zijn (7). De onderstam kan worden gewijzigd om kleine RNAs te produceren die zich systemisch verspreiden om genexpressie in de telg tot zwijgen te brengen, waardoor de kenmerken van de bovengrondse delen van de plant indirect worden gewijzigd (6). Op dezelfde manier kunnen genetisch gemanipuleerde telgen de productiviteit van conventionele cultivars van wortel-of knolgewassen zoals aardappel en cassave verbeteren. Dergelijke trans geënte planten kunnen tegemoet komen aan de bezorgdheid over transgene stroom of ontsnapping van transgene producten (8).
een belangrijk overblijvend technisch probleem is het falen van enten voor monocotyledoneuze soorten (de andere klasse van bloeiende planten naast eudicots). Tarwe, rijst en maïs leveren twee derde van de wereldwijde menselijke calorieën (9). De vasculatuur van deze en andere monocots verschilt van die van alle andere bloeiende planten, en enten tussen monocots en eudicots kunnen mislukken als gevolg van anatomische onverenigbaarheden in het opnieuw verbinden van phloem en xylem vasculatuur. De parasitaire plant Striga is een eudicot die met succes binnendringt en verbinding maakt met de vasculatuur van rijst. Daarom, kan het ophelderen van natuurlijke mechanismen van parasitisme nuttige inzichten (1) verstrekken. Echter, monocot telgen ook niet succesvol te ENT aan monocot onderstammen. Het begrijpen en overwinnen van deze beperking is belangrijk om de toekomstige mondiale voedselzekerheid te beschermen.Planten liggen verspreid over twee werelden, met hun wortels in een wereld van aarde en water en hun bovengrondse delen in een wereld van lucht en licht. In het huidige Antropoceen kan een oude techniek, gebaseerd op nieuwe mechanistische inzichten, planten en mensen helpen om het beste van beide werelden te maken.
Dit is een artikel verspreid onder de voorwaarden van de Science Journals standaard licentie.
