Растительные стволовые клетки играют важнейшую роль в производстве продуктов питания, кормов для животных и топлива. Они закладывают основу для роста растений. Однако многое об этих загадочных строительных блоках остаётся неизвестным. Биологи из лаборатории Колд-Спринг-Харбор (CSHL) впервые составили карту двух известных регуляторов стволовых клеток на основе тысяч клеток побегов кукурузы и арабидопсиса. Исследование, опубликованное в журнале Developmental Cell, также выявило новые регуляторы стволовых клеток у обоих видов и связало некоторые из них с различиями в размерах кукурузы.
Метод получения редких стволовых клеток можно использовать для всех растений. Профессор CSHL Дэвид Джексон объясняет: «В идеале мы хотели бы знать, как создать стволовую клетку. Это позволит нам регенерировать растения и понимать, насколько они разнообразны. Больше всего людей волнует выведение новых культур, которые были бы более устойчивыми или продуктивными. У нас пока нет полного списка регуляторов — генов, которые нужны для этого».
Джексон и его коллеги сначала сосредоточились на двух хорошо известных регуляторах стволовых клеток — CLAVATA3 и WUSCHEL. Ученые аккуратно отрезали небольшие кусочки побегов кукурузы и арабидопсиса, содержащие стволовые клетки. Затем команда использовала «микрофлюидную» машину, чтобы разделить каждую клетку, преобразовать её РНК в ДНК и пометить, чтобы знать, откуда она была получена.
Этот процесс, называемый секвенированием РНК отдельных клеток, позволяет увидеть, как экспрессируются гены в тысячах клеток одновременно. «Самое замечательное в этом то, что у нас есть атлас экспрессии генов, — говорит Джексон. — Когда мы его опубликуем, им сможет пользоваться всё сообщество. Другим людям, интересующимся стволовыми клетками кукурузы или арабидопсиса, не придётся повторять эксперимент. Они смогут использовать наши данные».
Секвенирование одноклеточной РНК позволило команде выделить около 5000 CLAVATA3 и 1000 WUSCHEL-экспрессирующих клеток. Затем исследователи определили сотни генов, которые преимущественно экспрессируются как в стволовых клетках кукурузы, так и в стволовых клетках арабидопсиса, что позволяет предположить, что они могут быть эволюционно важными для многих видов растений. После учеными была установлена связь между определёнными регуляторами стволовых клеток и продуктивностью кукурузы. Такие связи однажды могут помочь селекционерам вывести определённые сорта для производства продуктов питания, кормов для животных или топлива.
«Это фундаментальные знания, которые могут стать основой для исследований в следующем десятилетии, — говорит Джексон. — Их могут использовать не только биологи, но и физиологи, которые думают о том, как растут кукурузные початки и как повысить урожайность, а также селекционеры».
[Фото: Jackson lab/CSHL]
