Китайские ученые раскрыли механизм регенерации растений из одной клетки

В новаторском исследовании китайские ученые раскрыли, как одна растительная клетка может развиться в целое растение, открывая потенциальные возможности для применения в сельском хозяйстве и сохранении культур.

Команда опубликовала свое исследование под названием «Временное перепрограммирование единичных соматических клеток в тотипотентные состояния во время регенерации растений» в академическом журнале Cell во вторник. Исследователи из Колледжа наук о жизни Шаньдунского аграрного университета в Тайане, провинция Шаньдун, работали под руководством профессоров Чжан Сяньшэна и Су Инхуа.

Растения давно очаровывают ученых своей замечательной способностью к регенерации — лист, стебель или даже одна клетка могут дать начало совершенно новому растению. Это явление, известное как тотипотентность растительной клетки, было впервые предложено в начале XX века. Оно относится к способности растительной клетки дедифференцироваться и формировать тотипотентные стволовые клетки, подобные оплодотворенной яйцеклетке, которые затем могут развиться в полноценное растение. Однако молекулярные механизмы этого процесса оставались неуловимыми более века.

«Обычно можно наблюдать регенерацию растений, например, у батата, который может вырасти в новое растение даже из отрезанного кусочка, — сказал профессор Чжан. — Но как меняется одна соматическая клетка? Каков механизм? Это были вопросы, на которые мы пытались ответить».

Команда Чжана начала свой путь в 2005 году, используя резуховидку Таля, широко изучаемое модельное растение, и наконец составила полный путь перепрограммирования клеточной судьбы с использованием передовых технологий, таких как секвенирование единичных клеток и визуализация в реальном времени.

«Мы можем переключить «выключатель», чтобы превратить ее в тотипотентную клетку, подобную оплодотворенной яйцеклетке, которая затем может вырасти в следующее поколение, — сказал профессор Су. — Этот выключатель — высокое накопление ауксина в исходной клетке. Создавая специфическую среду, можно запустить превращение клетки в тотипотентную стволовую клетку».

За последние два десятилетия команда провела сотни тысяч экспериментов.

«Создание первоначальной системы было чрезвычайно трудным; эксперименты терпели неудачу снова и снова», — сказала Тан Липин, доцент университета.

Переломный момент наступил, когда она случайно разбила стеклянный флакон, что привело к неожиданному открытию структур, похожих на зародыши, растущих на семядоле.

Исследование не только отвечает на давний вопрос в биологии растений, но и открывает новые пути для инноваций в сельском хозяйстве. В настоящее время технология тестируется на пшенице, кукурузе, соевых бобах и других культурах.

«Точное регулирование тотипотентности клеток может позволить быстро клонировать высококачественные сорта сельскохозяйственных культур, сокращая циклы селекции и предлагая новые стратегии для сохранения редких и ценных ресурсов зародышевой плазмы», — сказал Чжан.

Чун Кан, академик Китайской академии наук, высоко оценил открытие.

«Эти результаты исследований предоставляют теоретическую основу для оптимизации систем регенерации сельскохозяйственных культур, отмечая веховый вклад Китая в область развития растений и биотехнологии для всего мира», — сказал Чун.

Исследование китайских ученых демонстрирует, как фундаментальные научные открытия могут иметь прямое практическое применение. Тотипотентность — способность клетки дать начало целому организму — была впервые описана у растений, и теперь механизм этого процесса становится понятным. Это открытие может революционизировать селекцию растений, ускорив создание новых сортов и помогая сохранять биоразнообразие сельскохозяйственных культур.