Регенерация растений может происходить путем образования массы плюрипотентных клеток. Процесс приобретения плюрипотентности включает замалчивание генов для удаления исходной тканевой памяти и подготовку к активации внешним воздействием. Группа ученых под руководством профессора Сатихиро Мацунаги из Токийского университета науки показала, что для регенерации растений требуется определенная деметилаза, которая может запускать экспрессию генов в ответ на регенеративные сигналы.
В многоклеточных организмах не все гены экспрессируются во всех клетках, а это означает, что не все клетки производят одни и те же ферменты или белки, и, следовательно, не все клетки имеют одинаковый метаболизм. Эта дифференциация является ключевым процессом для многоклеточных организмов, включая растения и грибы. Но когда клетки специализируются, они становятся унипотентными, а это означает, что они теряют способность формировать несколько типов клеток. Долгое время ученые пытались перепрограммировать клетки млекопитающих на плюрипотентность радикальными средствами, такими как перенос ядра и индукция факторов транскрипции. Однако растения могут приобретать те же регенеративные способности с помощью внешних сигналов, таких как гормоны и стресс. Часть феномена регулируется эпигенетикой, потому что эти модификации являются эпи или «над» генами.
Профессор Мацунага и его команда использовали Arabidopsis thaliana, небольшое цветущее растение, обычно используемое в биологии растений, для изучения модификаций гистонов по всему геному. Гистоны - это белки, которые упаковывают эукариотическую ДНК, предотвращая ее транскрипцию или декодирование. Однако после модификации сцепление этих белков с молекулой ДНК ослабевает, что облегчает транскрипцию ДНК. Группа ученых обнаружила, что именно деметилирование (удаление метильной группы из аминокислоты) гистона H3 ферментом ЛПНП3 придает растению способность к регенерации. Этот эпигенетический механизм позволяет плюрипотентным клеткам растения вернуться в свое унипотентное состояние и, таким образом, принять идентичность меристем побега для дифференцированных тканей, включая листья и стебли.
Поскольку для выращивания этих растений не нужны семена, это потенциально может помочь ученым быстрее выращивать растения без цветения. «Повышая способность растений к размножению даже без семян, - указал профессор Мацунага, - можно увеличить количество клональных растений, имеющих только листья, стебли и части корней. Это может решить экологические проблемы, способствуя озеленению и решить глобальную проблему нехватки продовольствия за счет увеличения производства зерна и овощей."