L'analisi del trascrittoma ha rivelato percorsi di arricchimento e regolazione dell'espressione genica associati all'embriogenesi somatica nella Camellia sinensis

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 15946 (2023) Citare questo articolo

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Il sistema embrionale somatico stabile e ad alta frequenza del tè non è stato ancora stabilito a causa delle limitazioni delle sue caratteristiche e quindi limita gravemente la ricerca genetica e il processo di selezione delle piante di tè. In questo studio, il trascrittoma è stato utilizzato per illustrare i meccanismi di regolazione dell'espressione genica nell'embriogenesi somatica delle piante di tè. Il numero di DEG per gli stadi (stadio intermedio IS)_PS (stadio preliminare), ES (stadio embrionale)_IS ed ES_PS erano rispettivamente 109, 2848 e 1697. L'analisi di arricchimento ha mostrato che i processi metabolici dei carboidrati erano notevolmente arricchiti nella fase ES_IS e svolgevano un ruolo chiave nell'embriogenesi somatica, mentre una maggiore cattura della luce nel fotosistema I poteva fornire la base materiale per i carboidrati. L'analisi del percorso ha mostrato che i percorsi arricchiti nel processo IS_PS erano molto inferiori a quelli in ES_IS o ES_PS, e la fotosintesi e il percorso proteico dell'antenna fotosintetica dei DEG nello stadio ES_IS o ES_PS erano notevolmente arricchiti e sovraregolati. I percorsi chiave della fotosintesi e delle proteine ​​dell'antenna della fotosintesi e il gene Lhcb1 sono stati scoperti nell'embriogenesi somatica delle piante di tè. Questi risultati sono stati di grande importanza per chiarire il meccanismo dell'embriogenesi somatica e la ricerca sulla selezione delle piante di tè.

L'embriogenesi somatica è una modalità di stimolazione della totipotenza delle cellule vegetali1 ed è considerata la via morfogenetica più efficiente per la riproduzione delle piante2. L'embriogenesi delle gimnosperme, una svolta significativa nella coltura dei tessuti vegetali durante la fine del XX secolo3,4, offre numerosi vantaggi rispetto alla differenziazione degli organi come metodo di rigenerazione delle piante. Questi vantaggi includono un numero elevato di embrioni, un rapido sviluppo, integrità strutturale e un alto tasso di rigenerazione5,6,7. Di conseguenza, l'embriogenesi delle gimnosperme ha trovato ampie applicazioni in vari campi, fungendo da sistema di rigenerazione vegetale affidabile ed efficiente e da sistema ricevente ideale per la trasformazione genetica8,9.

Gli aspetti di biologia molecolare e bioinformatica dell'embriogenesi somatica delle piante sono stati ampiamente esplorati al fine di chiarire i meccanismi coinvolti. La formazione di embrioni somatici nel peperone dolce (Capsicum annuum) è stata stimolata con il regolatore dello sviluppo PLETHORA (PLT5) mediante coltura tissutale in vitro10. Nella pianta modello Arabidopsis thaliana, è stato studiato che l'embrione somatico ha origine dal primordio della foglia vicino al meristema apicale dello stelo e il trattamento con l'ormone della crescita potrebbe indurre efficacemente risposte embriogeniche in espianti coltivati ​​in vitro11,12. L'analisi del trascrittoma è stata utilizzata per affrontare il basso tasso riproduttivo della peonia (Peaonia ostii) e ha rivelato che i geni che determinano il destino cellulare e la divisione cellulare dominavano la formazione di embrioni somatici nella peonia13. Sono stati studiati i dati trascrittomici del tessuto embrionale in guarigione del mais (Zea mays L.) e degli embrioni somatici per rivelare le vie di segnalazione ormonale e la regolazione trascrizionale associate all'embriogenesi somatica14.

La Camellia sinensis (L.) O. Kuntze è una pianta perenne sempreverde appartenente alla famiglia delle Camelliaceae15. Viene coltivato da secoli e le sue foglie di tè sono molto apprezzate per il loro valore economico. Le piante del tè possiedono metaboliti secondari caratteristici come i polifenoli del tè16, le catechine e la caffeina17, che hanno molti benefici per la salute18, come la prevenzione del cancro e il trattamento delle malattie cardiovascolari19. Le piante del tè sono autoincompatibili e non affiliate, il che porta al loro alto grado di eterozigosità20,21. I metodi tradizionali di allevamento del tè presentano gli svantaggi di essere cicli di allevamento ad alta intensità di manodopera, ciechi e lunghi22,23, mentre l'introduzione di moderne tecniche molecolari può accelerare il processo di selezione di buone varietà di tè24,25,26,27. La creazione di un sistema di embriogenesi somatica ad alta frequenza per il tè è di notevole importanza pratica. Permette la conservazione in vitro di eccellenti risorse di germoplasma del tè e lo sviluppo di trasformazioni genetiche e sistemi transgenici per le piante di tè.