Механизмы формирования и поддержания стволовых клеток растений

Исследование Университета Пердью раскрыло механизмы, ведущие к формированию и поддержанию пула стволовых клеток в растениях. Эти открытия могут в будущем позволить учёным управлять их производством для увеличения биомассы (для биотоплива) или урожайности зерновых культур, таких как кукуруза и соя.

В работе, опубликованной в журнале Science, Юнь Чжоу и коллеги описывают, как растения создают отдельный пул стволовых клеток от их дифференцированных дочерних клеток в меристеме. Ключевую роль в поддержании стволовых клеток играют дочерние клетки на базальной стороне меристемы.

Недифференцированные стволовые клетки расположены в меристемах — кончиках побегов и корней растений. Они служат резервуаром для роста и дают начало различным органам. Исследование фокусируется на том, как растения инициируют производство стволовых клеток и поддерживают их активность.

Ключевые гены и механизм

Процесс контролируется генами HAIRY MERISTEM (HAM) и WUSCHEL (WUS):

• В стволовых клетках WUS активирует ген CLAVATA3.
• В базальных дифференцированных клетках HAM и WUS вместе подавляют CLAVATA3, что приводит к спецификации стволовых клеток.

Концентрационный градиент белка HAM также критически важен для поляризации — первоначального разделения на стволовые и базальные дифференцированные клетки. Нарушение этого градиента меняет идентичность всей меристемы и снижает её активность.

Методология и перспективы

Гипотеза исследования была построена на основе 3D-вычислительной модели, симулирующей паттерны экспрессии генов в меристеме. Она была подтверждена экспериментами на модельном растении Arabidopsis.

В дальнейшем команда планирует улучшить модель для количественного предсказания активности стволовых клеток в ответ на изменения в экспрессии генов. Эти знания могут лечь в основу методов контроля над стволовыми клетками для улучшения роста и урожайности сельскохозяйственных культур.