Новый фундаментальный атлас охватывает весь жизненный цикл Arabidopsis

от

Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля) на протяжении последних пятидесяти лет занимает ключевое место в большинстве исследований растений. Она помогла учёным понять, как растения реагируют на свет, какие гормоны контролируют их поведение и почему у одних растений корни длинные и глубокие, а у других — короткие и широкие.

Однако, несмотря на популярность среди биологов-растениеведов по всему миру, многие аспекты жизненного цикла Arabidopsis оставались загадкой.

Исследователи из Института Солка создали первый генетический атлас, охватывающий весь жизненный цикл Arabidopsis. Новый атлас, созданный с использованием детальной одноклеточной и пространственной транскриптомики, фиксирует закономерности экспрессии генов в 400 000 клетках на различных стадиях развития растения — от семени до взрослого состояния.

Этот общедоступный ресурс станет чрезвычайно информативным для будущих исследований различных типов клеток растений и стадий их развития, а также того, как они реагируют на стресс и внешние стимулы.

Результаты, опубликованные в журнале Nature Plants, помогут расширить исследования и разработки в области биотехнологии растений, сельского хозяйства и наук об окружающей среде.

«Мы очень далеко продвинулись в понимании биологии растений, но до недавнего времени существовало технологическое препятствие, мешавшее нам всесторонне каталогизировать типы клеток и гены, которые они экспрессируют равномерно, на разных стадиях развития», — говорит старший автор исследования Джозеф Эккер, профессор, председатель Международного совета Института Солка и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза.

«Наше исследование меняет ситуацию. Мы создали фундаментальный набор данных об экспрессии генов для большинства типов клеток, тканей и органов на протяжении всего жизненного цикла Arabidopsis», — добавляет он.

На протяжении многих лет Arabidopsis стала объектом множества экспериментов. Учёные десятилетиями работали над расшифровкой генома Arabidopsis, определяя, какие гены экспрессируются в каждом типе клеток в различных тканях и органах растения.

Используя эти поэтапные карты, учёные могут начать выяснять, какие гены контролируют идентичность и поведение различных частей растения.

Одним из эффективных способов создания таких карт является использование одноклеточного секвенирования РНК. Этот метод генетического секвенирования позволяет учёным увидеть, какие гены фактически используются в клетке и сколько их. Карты экспрессии генов также помогают исследователям охарактеризовать различные типы клеток внутри вида.

Поскольку каждая клетка в организме содержит один и тот же генетический код, разные типы клеток можно идентифицировать по уникальному набору генов, которые они экспрессируют.

Исследователи из Института Солка объединили одноклеточное секвенирование РНК с другой технологией — пространственной транскриптомикой — чтобы создать комплексный атлас.

В отличие от одноклеточного секвенирования РНК, где ткани приходится обрабатывать по отдельности, пространственная транскриптомика позволяет учёным создавать геномные карты растений в том виде, в каком они существуют в реальном мире, в контексте тканей.

Структура, форма и расположение клеток и тканей по всему растению могут оставаться неизменными на протяжении всего процесса секвенирования. В результате учёные получают глубокое представление об идентичности клеток в нескольких тканях и органах одновременно.

«Что меня больше всего воодушевляет в этой работе, так это то, что теперь мы можем видеть то, чего просто не могли видеть раньше», — говорит соавтор Натанелла Иллуз-Элияз, научный сотрудник лаборатории Эккера.

«Представьте себе возможность наблюдать, где одновременно активны до тысячи генов, в реальном контексте тканей и клеток растения. Это не только увлекательно само по себе, но и уже привело нас к открытиям, например, к обнаружению генов, участвующих в развитии стручков, о которых раньше никто не знал. В этих данных ещё столько всего предстоит открыть, и это чувство возможности — то, чему я искренне рад».

Одноклеточный и пространственный транскриптомный атлас охватывает 10 стадий развития Arabidopsis, от семени в почве до цветущего взрослого растения. На протяжении всего жизненного цикла было зафиксировано более 400 000 клеток, что демонстрирует поразительное разнообразие типов клеток, которые можно найти в одном организме.

Изучая полный жизненный цикл Arabidopsis, а не один снимок во времени, исследователи уже обнаружили удивительно динамичный и сложный набор персонажей, ответственных за регуляцию развития растений. Они также узнали о многих новых генах, экспрессия и функция которых в уникальных типах клеток теперь могут быть изучены более подробно.

«Это исследование станет мощным инструментом для выдвижения гипотез во всей области биологии растений», — говорит соавтор Трэвис Ли, научный сотрудник лаборатории Эккера.

Исследователи надеются, что этот новый ресурс, доступный в настоящее время бесплатно онлайн, позволит глубже изучить развитие клеток растений, поможет объяснить, как растения реагируют на генетические и экологические возмущения, и продвинет область биологии растений в целом.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте