Vědci rostlin objevili skryté regulátory kmenových buněk spojených s růstem a velikostí plodin. Jejich průlom by mohl transformovat, jak pěstujeme jídlo, palivo a odolné sklizně.
Rostlinné kmenové buňky hrají zásadní roli při výrobě světového jídla, krmiva pro hospodářská zvířata a obnovitelných paliv. Jsou základem růstu rostlin, ale mnoho aspektů toho, jak fungují, zůstává záhadou. Minulé studie se snažily identifikovat několik klíčových genů, které řídí aktivitu kmenových buněk.
Mapování genetických regulátorů růstu
Poprvé vědci v laboratoři Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) zmapovali dva známé regulátory kmenových buněk napříč tisíci jednotlivých kukuřičných a Arabidopsis Shoot Cell. V tomto procesu také odkryli dříve neznámé regulační orgány v obou rostlinách a některé z nich spojily s rozdíly v kukuřici. Technika, kterou vyvinuli pro obnovení vzácných kmenových buněk, by mohla být široce aplikována napříč mnoha rostlinami druh.
Profesor CSHL David Jackson vysvětluje: „V ideálním případě bychom chtěli vědět, jak vyrobit kmenovou buňku. Umožlilo by nám to regenerovat rostliny lépe. Umožnilo by nám to pochopit rozmanitost rostlin. Jedna věc, kterou lidé velmi nadšeni, je chov nových plodin, které jsou odolnější nebo produktivnější. Nemáme úplný seznam regulátorů – geny, které to musíme dělat.“
Jacksonův tým začal vyšetřováním dvou široce studovaných regulačních orgánů, Clavata3 a Wuschel. Pro přístup k kmenovým buňkám, bývalý postdoktorandský výzkumník Xiaosa Xu pečlivě odstranil malé části kukuřice a střílení Arabidopsis. Vědci se poté obrátili na zařízení „mikrofluidiky“, aby oddělili buňky jeden po druhém, přeměnili své RNA do DNAa připojte značku ukazující identitu každé buňky.
Budování atlasu genové exprese pro všechny
Proces, nazývaný sekvenování RNA s jedním buňkami, umožňuje vědcům vidět, jak jsou geny exprimovány v tisících buněk najednou. „Skvělá věc je, že máte tento atlas genové exprese,“ říká Jackson. „Když to zveřejníme, celá komunita to může použít. Ostatní lidé, kteří se zajímají o kukuřice nebo kmenové buňky Arabidopsis, nemusí experiment opakovat. Budou schopni použít naše data.“
Sekvenování RNA s jedním buňkami umožnilo týmu obnovit asi 5 000 Clavata3 a 1 000 Wuschel-Exprimující buňky. Dále identifikovali stovky genů, které byly přednostně exprimovány jak v kmenovéch buňkách kukuřice, tak v Arabidopsis, což naznačuje, že mohou být evolučně důležité u mnoha druhů rostlin. Odtud byli schopni spojit určité regulátory kmenových buněk s produktivitou v kukuřici. Takové odkazy by jednoho dne mohly chovatelům pomoci vybrat konkrétní kmeny pro potravinové, zvířecí krmivo nebo výrobu paliva.
Základ pro budoucnost zemědělství
„Je to základní znalosti, které by mohly vést výzkum pro příští desetiletí,“ říká Jackson. „Lze to použít nejen vývojovými biologové, ale fyziologové, kteří přemýšlejí o tom, jak rostou uši kukuřice a jak zlepšit produktivitu, a poté chovatelé.“
Reference: “Large-scale single-cell profiling of stem cells identifies redundant regulators of shoot development and yield trait variation” by Xiaosa Xu, Michael Passalacqua, Brian Rice, Edgar Demesa-Arevalo, Mikiko Kojima, Yumiko Takebayashi, Xingyao Yu, Benjamin Harris, Yuchen Liu, Andrea Gallavotti, Hitoshi Sakakibara, Jesse Gillis a David Jackson, 26. srpna 2025, Vývojová buňka.
Dva: 10.1016/j.devcel.2025.07.024
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
