Hartă 3D a dezvoltării orezului dezvăluie activitatea genelor pe tot ciclul de viață al plantei
Un nou studiu publicat în revista Cell oferă o perspectivă detaliată asupra modului în care o singură celulă se transformă într-o plantă de orez cu țesuturi și organe specializate. Cercetarea a fost realizată de o echipă condusă de profesorul Yang Weicai de la Institutul de Genetică și Biologie a Dezvoltării din cadrul Academiei Chineze de Științe, în colaborare cu alte echipe de cercetare.
Studiul prezintă un atlas spatiotemporal tridimensional care acoperă 10 organe și 61 de stadii de dezvoltare de-a lungul ciclului de viață al orezului, de la sămânță la sămânță. Ciclul de viață al plantelor alternează între o fază haploidă, care produce celule sexuale, și o fază diploidă, care se dezvoltă după fertilizare. La plante, zigotul diploid se dezvoltă într-un organism multicelular prin diviziuni celulare coordonate și specificarea destinului celular.
Pentru a construi acest atlas, cercetătorii au combinat transcriptomica spațială de înaltă rezoluție, secvențierea ARN la nivel de nucleu unic și un genom de referință fără lacune. Aceste seturi de date au identificat 119 tipuri de celule și 133 de subtipuri în diferite organe și stadii de dezvoltare. Prin integrare multimodală, cercetătorii au reconstruit un graf al traiectoriei de dezvoltare care leagă stările celulare de la proembrion până la organele mature și au identificat regulatorii asociați traiectoriei.
Cercetătorii au descoperit că regulatorul principal pleiotropic OsARF1 — o singură genă care reglează multiple procese biologice — își atinge multifuncționalitatea prin rețele de reglare specifice în diferite celule și țesuturi. De asemenea, au descoperit o expresie genică asimetrică răspândită în organe, inclusiv diferențe între partea superioară și inferioară a endospermului, ilustrând modul în care modelele de expresie spațială ghidează structurarea țesuturilor și distribuția resurselor.
Pentru a caracteriza dinamica comunicării intercelulare, cercetătorii au folosit PlantPhoneDB, o bază de date și un instrument computațional pentru prezicerea comunicării dintre celulele vegetale, pentru a cartografia interacțiunile dintre diferitele populații celulare ale seminței. Analiza a relevat că teaca seminței, endospermul și embrionul comunică într-un mod puternic coordonat prin peptide de semnalizare cheie și receptorii lor, modelele de comunicare schimbându-se de-a lungul diferitelor stadii de dezvoltare a seminței.
Conform cercetătorilor, rezultatele oferă o resursă de potențiale perechi ligand-receptor implicate în dezvoltarea seminței, oferind candidate pentru investigații experimentale ulterioare privind modul în care comunicarea dintre diferitele populații celulare ajută la coordonarea dezvoltării plantei.
