Plantele echilibrează adaptabilitatea în celulele epidermice cu stabilitatea în celulele sexuales, dezvăluie un studiu
Conform unui studiu realizat de biologi de la Universitatea din California, Davis, publicat pe 10 noiembrie în Proceedings of the National Academy of Sciences, plantele controlează ratele de mutație în diferitele tipuri de celule stem pentru a menține un echilibru între adaptabilitate și siguranță. Această cercetare dezvăluie modul în care celulele stem care formează pielea plantelor acumulează mutații de până la 4,5 ori mai frecvent decât celulele stem care produc ovule și spermatozoizi. Aceasta sugerează că plantele prioritizează menținerea unui genom stabil pentru descendenții lor, în timp ce permit o flexibilitate mai mare și o adaptabilitate în alte tipuri de celule, prin urmare în plantele adulte.
Luca Comai, profesor distins în biologia plantelor și autor senior al studiului, a subliniat importanța mutațiilor: „Mutațiile alimentază variația, iar variația este esențială atât pentru evoluție, cât și pentru capacitatea noastră, ca crescători de plante, de a produce culturi mai bune.” Această structură stratificată a celulelor stem permite plantelor să regleze cu precizie rata mutației în celule diferite, optimizând astfel succesul lor și al descendenților.
Complexitatea stratificată a celulelor stem
În contrast cu oamenii, care își stochează celulele stem în măduva osoasă, plantele au un grup de celule stem la vârful lastarilor, cunoscut sub numele de „meristem apical.” Această structură în formă de dom este compusă din aproximativ 10 celule stem aranjate în trei straturi (L1, L2 și L3), responsabile pentru generarea tuturor țesuturilor noi ale unei plante: de la tulpini, frunze și rădăcini, până la pielea plantei, vasculatură și gamete.
Întrebarea despre motivul pentru care plantele cu flori dispun de straturi diferite în meristemul apical rămâne deschisă, dar o ipoteză sugerează că aceste straturi oferă flexibilitate în controlul diferitelor procese, cum ar fi acumularea mutațiilor în diverse părți ale plantei. Numai celulele stem din stratul L2 produc gamete, ceea ce înseamnă că atunci când plantele se reproduc sexual, descendenții moștenesc doar mutațiile din L2. În contrast, plantele care se reproduc clonat sau „vegetativ” pot acumula și transmite mutațiile din toate cele trei straturi.
Studiul mutațiilor în plante vegetative
Pentru a înțelege cum se acumulează mutațiile în culturile propagate vegetativ, cercetătorii au examinat două varietăți de cartofi, Desiree și Red Polenta, care au fost propagate clonat timp de peste 50 de ani. Comparând ratele de mutație în diferitele straturi ale meristemului apical, au izolat celule stem individuale din fiecare strat și le-au crescut pentru a produce plante derivate exclusiv din celule L1, L2 sau L3.
Rezultatele au fost surprinzătoare: stratul L3 a fost aproape complet absent în meristeme apicale din frunzele plantelor, fiind înlocuit de celule din stratul L2. Comparând celulele L1 și L2, cercetătorii au descoperit că straturile au acumulat seturi diferite de mutații. În cazul ambelor varietăți de cartof, celulele L1 aveau acumulat mult mai multe mutații comparativ cu celulele L2 (de 4,5 ori mai multe în cartofii Desiree și de 1,6 ori mai multe în Red Polenta).
Implicațiile pentru biotehnologie
Aceste diferențe în mutații sunt cruciale pentru biotehnologie, deoarece plantele modificate genetic sunt de obicei create prin editarea sau inserarea ADN-ului într-o singură celulă a plantei, care este apoi crescută într-o nouă plantă. Deoarece aceste plante modificate genetic derivă dintr-o singură celulă dintr-un singur strat al meristemului apical, există riscul de a pierde mutații benefice prezente în celelalte straturi. Comai a afirmat: „Din perspectiva biotehnologiei, cercetătorii ar trebui să fie conștienți că, dacă transformați o plantă clonală, există posibilitatea că veți pierde trăsături importante, deoarece varietatea dvs. este chimerică.”
Acest studiu oferă nu doar insight-uri valoroase despre modul în care plantele gestionează diversitatea genetică, dar și un ghid pentru strategii viitoare în îmbunătățirea culturilor, având potențialul de a revoluționa tehnicile de propagare și selecție a plantelor.
