Oamenii de știință de la Laboratorul Cold Spring Harbor au dezvăluit secretele celulelor stem vegetale, cartografiind principalii regulatori genetici din porumb și Arabidopsis. Folosind secvențierea ARN-ului unicelular, ei au creat un atlas al expresiei genelor care identifică regulatori rari ai celulelor stem, îi leagă de dimensiunea și productivitatea culturilor și oferă o nouă foaie de parcurs pentru cultivarea de plante rezistente și cu randament ridicat, arată Science Daily.

Celulele stem vegetale sunt esențiale pentru aprovizionarea mondială cu alimente, hrana animalelor și producția de combustibil. Ele stau la baza modului în care cresc plantele. Cu toate acestea, multe aspecte legate de aceste elemente constitutive misterioase rămân necunoscute. Analizele anterioare nu au reușit să localizeze multe dintre genele importante care reglează funcționarea acestor celule, scrie Science Daily.

Oamenii de știință tocmai au descoperit „comutatorul principal” pentru creșterea plantelor

Acum, pentru prima dată, biologii vegetali de la Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) au cartografiat doi regulatori cunoscuți ai celulelor stem în mii de celule de lăstari de porumb și Arabidopsis. Cercetările lor au descoperit, de asemenea, noi regulatori ai celulelor stem în ambele specii și au legat unii dintre ei de variațiile de mărime ale porumbului. Această metodă de recuperare a celulelor stem rare ar putea fi utilizată în întregul regn vegetal.

Profesorul David Jackson de la CSHL explică: „În mod ideal, am dori să știm cum se produce o celulă stem. Acest lucru ne-ar permite să regenerăm mai bine plantele. Ne-ar permite să înțelegem diversitatea plantelor. Un lucru care entuziasmează foarte mult oamenii este cultivarea de noi culturi mai rezistente sau mai productive. Nu avem încă o listă completă a regulatorilor – genele de care avem nevoie pentru a face acest lucru.”

Jackson și colegii săi s-au concentrat mai întâi pe doi regulatori bine-cunoscuți ai celulelor stem, numiți CLAVATA3 și WUSCHEL. Xiaosa Xu, fostă doctorandă în laboratorul lui Jackson, a disecat cu delicatețe o mică bucată de porumb și lăstari de Arabidopsis care conțineau celule stem. Apoi, echipa a utilizat un aparat „microfluidic” pentru a separa fiecare celulă, a-i converti ARN-ul în ADN și a o eticheta cu un marcaj care identifică celula din care provine.

Secvențierea ARN-ului unicelular

Procesul, numit secvențierea ARN-ului unicelular, permite cercetătorilor să vadă cum sunt exprimate genele în mii de celule simultan. „Ceea ce este minunat este că ai acest atlas al expresiei genelor”, spune Jackson. „Când îl publicăm, întreaga comunitate îl poate folosi. Alte persoane interesate de celulele stem din porumb sau Arabidopsis nu trebuie să repete experimentul. Vor putea folosi datele noastre.”

Secvențierea ARN-ului unicelular a permis echipei să recupereze aproximativ 5.000 de celule care exprimă CLAVATA3 și 1.000 de celule care exprimă WUSCHEL. Apoi, au identificat sute de gene care erau exprimate preferențial atât în celulele stem de porumb, cât și în cele de Arabidopsis, sugerând că acestea pot fi importante din punct de vedere evolutiv pentru multe specii de plante. De acolo, au reușit să lege anumite regulatoare ale celulelor stem de productivitatea porumbului. Astfel de legături ar putea ajuta într-o zi crescătorii să selecteze tulpini specifice pentru producția de alimente, furaje sau combustibil.

„Este o cunoaștere fundamentală care ar putea ghida cercetarea pentru următorul deceniu”, spune Jackson. „Poate fi utilizată nu numai de biologii specializați în dezvoltare, ci și de fiziologi, care se gândesc la modul în care cresc știuleții de porumb și la cum se poate îmbunătăți productivitatea, și apoi de crescători.”