FWO Sabbatical professor Danny Geelen

Microspore-regeneratie wordt geïnduceerd door specifieke stressbehandelingen, zoals koude, hitte of tekort aan energie. Gezien de haploïde aard van de microspore, is een stap van chromosoomverdubbeling nodig om te regenereren tot een vruchtbare DH-plant. Elke bloem produceert duizenden microsporen met het potentieel om over te schakelen naar androgenese. Bij elke stap van de procedure gaan echter veel microsporen verloren, wat uiteindelijk zeer weinig DH-lijnen oplevert voor de fokkerij. Minimaal 1 embryo geregenereerd uit 1000 microsporen is een vuistregel voor industriële toepassing. Dit is alleen toepasbaar voor een handvol gewassen (gerst, koolzaad, broccoli, bloemkool en tabak).

De competentie van microsporen om te regenereren en om embryogenese op gang te brengen, kan worden benut om snel DH lijnen te maken. Er zijn echter twee belangrijke problemen met regeneratie. Ten eerste is slechts een fractie van de cellen competent, en velen regenereren niet of remmen zelfs de regeneratie van de andere cellen. Dit probleem kan worden opgelost door cellen met een hoge competentie te scheiden van niet-competente cellen. Ten tweede zijn de omstandigheden waaronder cellen regenereren suboptimaal en grotendeels empirisch bepaald. Een algemene benadering om deze problemen aan te pakken, wordt gepresenteerd in een SBO2020-onderzoeksprojectvoorstel (PASCell) dat in oktober 2020 werd ingediend.

Microsporen zijn vatbaar voor een stressprikkels enkel tijdens het midden tot laat niet-nucleaire stadium. De androgenese-competente cellen zijn sterk gevacuoliseerd met een excentrische kern. Microsporenineen later ontwikkelingsstadium zijn meestal minder competent, hoewel er variabiliteit wordtwaargenomen bij verschillende soorten. Tijdens de meiose wordt de stuifmeelmoedercel (PMC) omgeven door een tijdelijke wand die voornamelijk bestaat uit callose die wordt afgebroken voordat de stuifmeelwand zich ontwikkelt. De vorming van de pollenwand is een stapsgewijs proces dat wordt geïnitieerd met de vorming van de primexine, een cellulosecelwand die de afzetting verschaft van sporopollenine, eiwitachtig celwandmateriaal dat wordt gegenereerd door de omringende tapetumcellaag. In de context van de regeneratie van microsporen ontwikkelt de celwand zich echter anders als reactie op de toegepaste temperatuurstress en dein vitro kweek. Het betreft de afzetting van een celluloselaag die niet wordt gevormd tijdens de reguliere ontwikkeling van de microspore.

Aangezien celwandeigenschappen waarschijnlijk een invloed hebben op de "stijfheid" van microsporen, hebik in voorlopige experimenten getest of microsporen kunnen worden geanalyseerd met behulp van atoomkrachtmicroscopie. In samenwerking met Prof. Andre Skirtach (UGent, faculteit Bio-ingenieurswetenschappen),ontdekte ik dat microsporen van afzonderlijke monsters van gerstbloeiwijzen differentiële stijfheid vertonen (niet getoond). Bovendien vereisten microsporen van bloemen die onder hittestress stonden 5 keer meer kracht om te vervormen. Deze resultaten suggereren dat mechanische eigenschappen van microsporen vermoedelijk gecorreleerd zijn met de stress- en mogelijk ontwikkelingsfase. Verdere studies zullen meer details onthullen over de relatie met celwandontwikkeling en reacties op stress.