Рецепт создания нового растения из одной дифференцированной клетки
Исследования механизма регенерации целых растений из отдельных клеток получили новый инструмент — протокол культивирования, разработанный учёными RIKEN.
Некоторые растения обладают естественной способностью формировать целый новый организм из одной соматической (не половой) клетки. Учёные также могут перепрограммировать определённые типы клеток у некоторых растений, превращая их в клетки, способные к трансформации и регенерации в новые типы клеток и, в конечном итоге, в целое растение.
Однако успех в этом спорадичен из-за отсутствия чётких протоколов, направляющих процесс. Такие протоколы помогли бы понять молекулярные механизмы, лежащие в основе превращения изолированных клеток в растения, что важно для селекции.
Команда Кейко Сугимото из Центра устойчивых ресурсов RIKEN разработала протокол, который воспроизводимо перепрограммирует клетки-протопласты, заставляя их повторно входить в клеточный цикл и делиться.
Протопласты не встречаются в растениях естественным путём; их получают, удаляя клеточную стенку из определённых изолированных растительных клеток, что переводит их из дифференцированного в менее дифференцированное состояние — подобно стволовым клеткам млекопитающих. Новый протокол стабильно перепрограммировал протопласты, полученные из клеток мезофилла листа, для регенерации в побеги растений.
«Сложность в том, что протопласты очень хрупки из-за отсутствия клеточной стенки — им нужен достаточный стресс для инициации перепрограммирования, но они погибают при сильном повреждении, — объясняет Сугимото. — Наша система стабильно индуцировала перепрограммирование 2–5% протопластов, что поможет раскрыть лежащие в основе этого молекулярные механизмы».
Ключевую роль в активации деления клеток играет растительный гормон ауксин. «Главное и самое неожиданное открытие: протопластам необходимо синтезировать новый ауксин для возобновления деления, даже если они культивируются в среде с искусственно синтезированным ауксином», — говорит Сугимото.
Исследователи также идентифицировали некоторые гены и молекулы, вовлечённые в инициацию деления клеток после синтеза ауксина в протопластах.
Остаётся много вопросов. Например, насколько строго перепрограммирование протопластов связано с синтезом ауксина? Какие ещё молекулярные процессы задействованы? И что управляет превращением изолированной зрелой клетки в менее дифференцированную, способную регенерировать целые растения?
«Ответы на эти вопросы могут позволить нам регенерировать из протопластов растения, свободные от трансгенов, но с отредактированным геномом», — отмечает Сугимото.
Это также может иметь значение для животного мира. «Растения относительно хорошо регенерируют целый организм из одной дифференцированной клетки, но большинство животных на это не способны. Мы надеемся, что понимание того, как это делают растительные клетки, поможет выяснить, почему животные клетки не могут», — заключает Сугимото.
Результаты исследования опубликованы в журнале The Plant Cell.