Раскрыт механизм регенерации органов растений

Правильный рост растений в экспериментах с культурой тканей обычно зависит от одного решающего шага: способности растения образовывать скопление плюрипотентных клеток, которые затем могут регенерировать корни, ствол и другие органы. Этот кластер клеток, известный как каллус, необходим не только для экспериментов с культурой тканей, но и для способности растений заживлять повреждения после травм.

Ранее было известно, что образование каллуса обусловлено двумя растительными гормонами — ауксином и цитокинином. Однако его пространственная организация была неясной. В недавнем исследовании ученые использовали секвенирование РНК для идентификации трех различных слоев клеток внутри каллуса. Они обнаружили, что плюрипотентность, обусловленная экспрессией генов в стволовых клетках, возникает в среднем слое, и что не все клетки в каллусе одинаковы. На этом основании ученые приступили к подробному изучению того, как гормоны регулируют клеточные функции в каллусе.

Ученые когда-то описывали каллус как группу стволовых клеток, не имеющих никакой организации или сходства с другими растительными тканями. Однако в 2010 году обновленный подход к исследованию объектов на молекулярном уровне с помощью систем визуализации показал, что каллус, скорее, напоминает ткани на кончике корня.

Проведя секвенирование одноклеточной РНК в специальной автоматической системе на каллусе резуховидки Таля (Arabidopsis), культивируемого в течение 6 дней в тканевых культуральных средах, ученые обнаружили, что в его слоях присутствовали 6 кластеров клеток с явно различными паттернами экспрессии. Самый внешний слой клеток напоминал корневую шапочку, а самый внутренний слой состоял из клеток, похожих на те, которые образуют сосудистую систему растений.

Клетки среднего слоя экспрессировали такие гены, как WOX5 и WOX7, которые обычно регулируются в стволовых клетках. Это намекает на то, что средний слой являлся плюрипотентной нишей. Сверхэкспрессия этих генов увеличивала дифференцировку и рост каллуса в корни и побеги. Когда ученые изъяли из испытуемого образца гены WOX5 и WOX7, одна культура каллуса дала значительно меньше побегов и корней по сравнению с контрольным образом. В последующих экспериментах было обнаружено, что WOX5 взаимодействовал с фактором транскрипции, активируя ген, ответственный за выработку ауксина в среднем слое — ключевой этап в регенерации органов. В будущем ученые планируют расширить подход к секвенированию РНК одной клетки для изучения изменений каллуса с течением времени по мере его дифференцировки.

Данное исследование имеет важное значение для растениеводства и биотехнологии. Так, при разработке трансгенных растений исследователи часто генерируют каллус в качестве промежуточного этапа во время экспериментов. Но многие виды не поддаются этому процессу и не могут переродиться во взрослые растения. Новая работа позволит понять, как можно улучшить регенерацию и сделать клетки более мощными. А это, в свою очередь, может привести к важным достижениям в сельском хозяйстве и биотехнологии.

---

Бренды по теме

Biosan Olympus Corporation Bioscience Media