Вчені рослини виявили приховані регулятори стовбурових клітин, пов’язані з ростом та розміром врожаю. Їх прорив може перетворити те, як ми вирощуємо їжу, пальне та стійкі врожаї.
Стовбурові клітини рослин відіграють життєво важливу роль у виробництві світової їжі, корму для тварин та відновлюваних джерел палива. Вони є основою росту рослин, але багато аспектів того, як вони працюють, залишаються загадкою. Минулі дослідження намагалися визначити кілька ключових генів, які регулюють активність стовбурових клітин.
Відображення генетичних регуляторів росту
Вперше дослідники в лабораторії Cold Spring Harbor (CSHL) зафіксували двох відомих регуляторів стовбурових клітин у тисячах індивідуальних кукурудзяних та арабідопсис. У цьому процесі вони також виявили раніше невідомі регулятори в обох рослинах і підключили деякі з них до різниці в розмірі кукурудзи. Техніка, яку вони розробили для відновлення рідкісних стовбурових клітин, може бути застосована широко на багатьох рослинах види.
Професор CSHL Девід Джексон пояснює: “В ідеалі ми хотіли б знати, як зробити стовбурову клітину. Це дозволило б нам краще відновити рослини. Це дозволило б нам зрозуміти різноманітність рослин. Одне, що люди дуже схвильовані, – це розведення нових культур, які є більш стійкими або більш продуктивними.
Команда Джексона розпочала з розслідування двох широко вивчених регуляторів, Clavata3 і Вушель. Для доступу до стовбурових клітин колишній докторанторний дослідник Xiaosa Xu ретельно видалив невеликі ділянки пагонів кукурудзи та арабідопсису. Потім дослідники звернулися до пристрою “мікрофлюїдики”, щоб розділити комірки по черзі, перетворити їх РНК у ДНКі прикріпіть тег, що показує ідентичність кожної комірки.
Побудова атласу експресії генів для всіх
Процес, який називається одноклітинною послідовністю РНК, дозволяє дослідникам бачити, як гени експресуються в тисячах клітин одразу. “Чудова річ у тому, що у вас є цей атлас експресії генів”, – говорить Джексон. “Коли ми публікуємо це, вся громада може використовувати його. Іншим людям, зацікавленим у стовбурових клітинах кукурудзи або арабідопсису, не потрібно повторювати експеримент. Вони зможуть використовувати наші дані”.
Одноклітинна послідовність РНК дозволила команді відновити близько 5000 Clavata3 і 1000 Вушель-експресуючі клітини. Далі вони визначили сотні генів, які переважно експресувались як у стовбурових клітинах кукурудзи, так і в арабідопсисі, що дозволяє припустити, що вони можуть бути еволюційно важливими для багатьох видів рослин. Звідти вони змогли пов’язати певні регулятори стовбурових клітин з продуктивністю в кукурудзі. Такі посилання могли колись допомогти селекціонерам вибрати конкретні штами для їжі, корму для тварин або виробництва палива.
Фонд майбутнього сільського господарства
“Це основоположні знання, які можуть керувати дослідженнями на наступне десятиліття”, – говорить Джексон. “Його можуть використовувати не тільки біологи з розвитку, але й фізіологи, які думають про те, як ростуть кукурудзяні вуха та як підвищити продуктивність, а потім заводчики”.
Довідка: “Масштабне одноклітинне профілювання стовбурових клітин ідентифікує надлишкові регулятори розростання та зміни ознаків” Едгара Демеса-Аревало, Мікіко Коджіма, Юміко-Тебаяші, Ксіняо, Брайан Райс, Едгар Демеса Сю, Майкл Пассалаква, Брайан Райс, Едгар Демеса Сю Сакакібара, Джессі Гілліс та Девід Джексон, 26 серпня 2025, Клітина розвитку.
Doi: 10.1016/j.devcel.2025.07.024
Ніколи не пропустіть прорив: приєднуйтесь до інформаційного бюлетеня ScitechDaily.
