Несмотря на то, что в одних только Соединённых Штатах в прошлом году было выращено 15 миллиардов бушелей кукурузы, мы всё ещё мало знаем о её стволовых клетках. Это может показаться незначительным, но эти клетки играют огромную роль, определяя рост, здоровье и выносливость важного растения. Выявление конкретных генов, ответственных за эти и другие факторы, может помочь учёным-агрономам создать более устойчивые культуры — жизненно важная необходимость в условиях отсутствия продовольственной безопасности и изменения климата.
«Всех очень воодушевляет идея о выведении новых культур, которые будут более жизнестойкими или продуктивными, — заявил в своём заявлении биолог растений из лаборатории Cold Spring Harbor Дэвид Джексон. — У нас пока нет полного списка регуляторов — генов, которые нам нужны для этого».
После анализа тысяч клеточных образцов Джексон и его коллеги впервые составили карту двух хорошо известных регуляторов стволовых клеток. Их выводы, опубликованные в журнале Developmental Cell, вскоре могут стать долгожданным стимулом для сельскохозяйственной отрасли, а также продвинуть аналогичные проекты для других видов растений.
Команда выбрала регуляторы CLAVATA3 и WUSCHEL для своего проекта. Чтобы собрать образцы, они тщательно препарировали крошечные участки побегов кукурузы и растений Arabidopsis, чтобы получить стволовые клетки. Затем они использовали прибор для микрофлюидики, чтобы изолировать каждую клетку, преобразовать её РНК в ДНК, а затем пометить полученную ДНК меткой, связывающей её с исходной клеткой. Этот подход, называемый секвенированием РНК отдельных клеток, позволяет учёным одновременно исследовать экспрессию генов в тысячах клеток.
По словам Джексона, результаты составляют «атлас экспрессии генов» с открытым исходным кодом, включающий около 5 000 клеток, экспрессирующих CLAVATA3, и 1 000 клеток, экспрессирующих WUSCHEL.
«Когда мы опубликуем это, всё сообщество сможет это использовать, — сказал Джексон. — Другим людям, заинтересованным в стволовых клетках кукурузы или Arabidopsis, не придётся повторять эксперимент. Они смогут использовать наши данные».
Далее команда Джексона определила сотни генов, экспрессируемых преимущественно в образцах кукурузы и Arabidopsis. Их присутствие у обоих видов предполагает, что они важны для эволюции многих различных растений. Наконец, эксперты связали регуляторы стволовых клеток, отвечающие за продуктивность кукурузы.
«Это основополагающие знания, которые могут определять направление исследований в течение следующего десятилетия, — пояснил Джексон. — Их могут использовать не только биологи развития, но и физиологи, которые думают о том, как растут кукурузные початки и как повысить продуктивность, а затем и селекционеры».
Различные сорта кукурузы лучше подходят для одних продуктов, чем для других. Например, один вид, который лучше всего подходит для корма животным, может не обладать теми же химическими свойствами, которые необходимы для производства топлива. Развивая этот атлас экспрессии генов, исследователи полагают, что фермеры вскоре смогут выбирать наиболее подходящие сорта кукурузы для своих нужд, а также скрещивать ещё более перспективные разновидности.