Впервые фитобиологи из лаборатории Колд-Спринг-Харбор (CSHL) картировали два известных регулятора стволовых клеток в тысячах клеток побегов кукурузы и модельного растения Arabidopsis. Их исследование также выявило новые регуляторы стволовых клеток у обоих видов и связало некоторые из них с вариациями размеров у кукурузы. Этот метод получения редких стволовых клеток может быть использован во всем растительном мире. Исследование опубликовано в журнале Developmental Cell.
Профессор Кембриджского колледжа сельскохозяйственных наук Дэвид Джексон объясняет: «В идеале мы хотели бы узнать, как создать стволовую клетку. Это позволило бы нам лучше регенерировать растения. Это позволило бы нам понять разнообразие растений. Люди очень заинтересованы в выведении новых культур, более устойчивых или более продуктивных. У нас пока нет полного списка регуляторов — генов, необходимых для этого».
Джексон и его коллеги сначала сосредоточились на двух известных регуляторах стволовых клеток: CLAVATA3 и WUSCHEL. Бывший постдок в лаборатории Джексона, Сяоса Сюй, аккуратно препарировал небольшой фрагмент побега кукурузы и арабидопсиса, содержащий стволовые клетки. Затем команда использовала «микрофлюидный» аппарат для разделения каждой клетки, преобразования её РНК в ДНК и маркировки меткой, которая идентифицирует, из какой клетки она произошла.
Этот процесс, называемый секвенированием РНК отдельных клеток, позволяет исследователям наблюдать за экспрессией генов в тысячах клеток одновременно. «Преимущество в том, что у вас есть этот атлас экспрессии генов. Когда мы его опубликуем, им сможет пользоваться всё сообщество. Другим, интересующимся стволовыми клетками кукурузы или арабидопсиса, не придётся повторять эксперимент. Они смогут использовать наши данные», — говорит Джексон.
Секвенирование РНК отдельных клеток позволило команде получить около 5000 клеток, экспрессирующих ген CLAVATA3 и 1000 клеток, экспрессирующих ген WUSCHEL. Затем они идентифицировали сотни генов, преимущественно экспрессирующихся в стволовых клетках кукурузы и Arabidopsis, что позволяет предположить их эволюционную значимость для многих видов растений. На основе этого им удалось установить связь между определенными регуляторами стволовых клеток и продуктивностью кукурузы. Подобные связи могут в будущем помочь селекционерам выбирать специфические штаммы для производства продуктов питания, кормов для животных или топлива.
«Это фундаментальные знания, которые могут стать руководством для исследований на следующее десятилетие. Ими могут воспользоваться не только специалисты по биологии развития, но и физиологи, которые изучают, как растут початки кукурузы и как повысить их продуктивность, а затем и селекционеры», — отметил Джексон.
Источник: Cold Spring Harbor Laboratory. Автор: Маргарет Осборн.
На фото вы видите тонкий срез початка кукурузы на очень ранней стадии развития (длиной около 3 миллиметров). Каждый цвет отображает экспрессию определённого гена в стволовых и связанных с ними клетках. Фото: Jackson lab/CSHL.
