Российская исследовательница вместе с сингапурским коллегой обобщили данные о регенерации тканей у растений на уровне отдельных клеток. Ученые отмечают, что благодаря современным технологиям появились наблюдения о том, что восстановление может происходить не только за счет стволовых клеток, но и благодаря ассиметричному (регенеративному) делению других типов клеток, находящихся вокруг поврежденной зоны. Понимание процессов на клеточном уровне важно для разработки персонализированных стратегий восстановления повреждений у сельскохозяйственных культур.
 
Биоинформатики Виктория Миронова (ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН», Новосибирский государственный университет) и Чжен Ксу (Национальный университет Сингапура и Университет Неймегена) подробно рассмотрели четыре сценария, согласно которым действует клетка при повреждении своей структуры или получении сигнала о том,  что «травмированы» ее ближайшие соседи. Она может погибнуть, поделиться, совершить дедифференцировку или трансдифференцировку. Последние две модификации — это своеобразное возвращение клетки назад в своем развитии. В первом случае она «молодеет»  до  стадии, когда сможет делиться (потому что не каждая клетка обладает такой способностью). А во втором — меняет свой профиль специализации и, например, из сосудистой становится эпидермальной. Подобные модификации позволяют воспроизвести даже полностью погибший клеточный тип. Выяснилось, что все четыре способа реагирования, включая клеточную смерть, необходимы для успешной регенерации тканей.
 
Однако, ключевой процесс, приводящий к восстановлению тканей — регенеративное (асимметричное) деление клеток, получивших сигнал о повреждении своих «коллег». При  таком делении дочерние клетки отличаются: часть из них — родительские копии, а другие — воссоздают утраченные в результате повреждения клетки.
«Сейчас активно развивается новый подход, позволяющий определить функции и тип отдельной клетки в каждый момент времени — “single cell transcriptomics” (SCT). С помощью этого метода выявляют, какие гены активны во всех клетках интересующего биологического объекта, например, корня растений или эмбриона мыши, а затем с помощью биоинформатической обработки находят биологические маркеры той или иной ткани, что позволяет определить тип каждой клетки. Появились первые работы, в которых описывается применение SCT технологии для изучения вопросов регенерации как у животных, так и у растений. Например, выяснилось, что восстановление полностью удаленного кончика корня (а именно в нем находится пул стволовых клеток) может происходить при полном отсутствии стволовых клеток благодаря нестволовым клеткам окружающих тканей», —  говорит первый автор статьи, руководитель сектора системной биологии морфогенеза растений ФИЦ ИЦиГ СО РАН, старший научный сотрудник лаборатории компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики НГУ, кандидат биологических наук Виктория Владимировна Миронова.
SCT исследования относятся к самым современным: публикации по этой теме начали появляться лишь в последние два года и количество работ возрастает. В этом году опубликованы первые работы, в которых методом SCT исследовались ткани растений, пока только в корне. Это своеобразный модельный орган с простой структурой чередования разных тканей, позволяющей сравнительно легко определить маркеры клеточных типов.
 
Новый метод дает возможность работать с ранее недоступной степенью детализации: например, он позволил установить, что клетки каллуса (ткани, развивающейся на раневых поверхностях у растений) неоднородны и далеко не все клетки являются плюрипотентными (стволовыми), хотя ранее считалось обратное.
 
Большое значение имеет биоинформатическая обработка данных SCT, а также использование методов математического моделирования (одно из направлений работы лаборатории компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики НГУ и сектора системной биологии морфогенеза растений ИЦиГ СО РАН). Последние позволяют предположить, как будет развиваться регенерация во времени и в пространстве, поскольку с помощью экспериментов SCT  можно определить функции и тип клеток лишь на момент проведения исследования.
 
Работа выполнялась при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований совместно с Немецким научно-исследовательским обществом DFG, грант № 19-54-12013.
 
Сектор системной биологии морфогенеза растений ФИЦ ИЦиГ СО РАН, Лаборатория компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики НГУ

Источники

Новосибирские биологи рассказали, как клетки растений реагируют на повреждения
Поиск (poisknews.ru), 07/11/2019
Вернуть утраченное: как клетки растений реагируют на повреждения
Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук (bionet.nsc.ru), 07/11/2019
Растения могут восстанавливаться без стволовых клеток
Навигатор (navigato.ru), 08/11/2019
Вернуть утраченное
Академгородок (academcity.org), 08/11/2019
Ученые посмотрели, как клетки растений реагируют на повреждения
Наука в Сибири (sbras.info), 08/11/2019
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук"
ФСМНО (sciencemon.ru), 08/11/2019
Биологи рассказали, как растения реагируют на повреждения
Наука 2.0 (naukatv.ru), 08/11/2019
Вернуть утраченное: как клетки растений реагируют на повреждения
Сельскохозяйственные вести (agri-news.ru), 08/11/2019
Вернуть утраченное
Seldon.News (news.myseldon.com), 08/11/2019
Новосибирские и зарубежные ученые изучают механизм регенерации клеток растений
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 09/11/2019
Вернуть утраченное: как клетки растений реагируют на повреждения
Новосибирский государственный университет (nsu.ru), 13/11/2019
Новосибирские и зарубежные ученые изучают механизм регенерации клеток растений
Российский фонд фундаментальных исследований (rfbr.ru), 27/01/2020

Похожие новости

  • 26/03/2021

    Новая модель наследования человеческого роста

    Группа ученых из России предложила новую модель для изучения наследования роста человека, позволяющую учитывать взаимодействие между разными факторами, оказывающими влияние на рост. Результаты исследования опубликованы в журнале European Journal of Human Genetics.
    848
  • 22/06/2020

    Институт генетических технологий появится в структуре НГУ

    ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» совместно с Новосибирским государственным университетом выступили организаторами Института генетических технологий НГУ. Его задачами станут подготовка кадров высшей квалификации по направлению «геномные исследования и генетические технологии», а также реализация совместных научно-исследовательских проектов.
    1552
  • 23/10/2019

    Новосибирские биоинформатики разработали уникальный программный комплекс

    ​Сотрудники ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН», Новосибирского государственного университета и Университета им. Мартина Лютера (Германия) разработали программный комплекс, позволяющий повысить эффективность анализа дорогостоящих геномных экспериментов.
    1425
  • 06/04/2021

    Новосибирские ученые разработали технологию для улучшения диагностики опухолей мозга с помощью искусственного интеллекта

    По результатам международного конкурса Brain Tumor Segmentation (BraTS) Challenge — 2020 (Сегментация опухоли головного мозга) мультидисциплинарная команда из новосибирских ученых, в состав которой вошли научные сотрудники лаборатории аналитики потоковых данных и машинного обучения Механико-математического факультета НГУ, практикующие врачи Федерального центра нейрохирургии и руководитель Научно-исследовательского института клинической и экспериментальной лимфологии — филиала ИЦиГ СО РАН, получила подтверждение и признание разрабатываемых методов и подходов анализа медицинских данных в виде публикации.
    752
  • 19/08/2016

    Из студентов НГУ - в преподаватели биоинформатики

    ​Школа довузовской подготовки факультета информационных технологий НГУ в новом учебном году расширяет работу со школьниками — появляются занятия со старшеклассниками в рамках создаваемой Научно-технической проектной лаборатории НГУ «Инжевика».
    3615
  • 20/06/2018

    Возможные перспективы Академгородка 2.0

    ​Ведущие ученые СО РАН продолжили обсуждение проектов развития научной инфраструктуры Новосибирского научного центра. Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН выступил инициатором проекта «Сибирский центр малотоннажной химии».
    2849
  • 11/08/2020

    Академгородок 2.0 – приобретения и потери: мнения экспертов

    Что удалось сделать для развития Новосибирского научного центра за последние годы и какие задачи остаются нерешенными? Три известных российских ученых инвентаризируют достижения и проблемы в статье, написанной для «Континента Сибирь»*.
    2062
  • 30/08/2021

    Генетические технологии: что сделать, чтобы обеспечить прорыв?

    Генетические технологии находятся на пике популярности уже не первое десятилетие. Количество исследований и секвенированных геномов растет стремительно, в то же время с внедрением разработок в жизнь до сих пор возникают проблемы.
    212
  • 06/09/2016

    Бельгийский ученый выступит в Новосибирске с лекцией о вкладе геномных технологий в селекцию животных

    ​Приглашаем на лекцию ученого мирового уровня, профессора генетики и геномики факультета ветеринарной медицины университета г. Льеж, Бельгия, Мишеля Жоржа The impact of genomics in animal breeding (Вклад геномных технологий в селекцию животных).
    2890
  • 23/04/2021

    Академпарк новосибирского научного центра представил новые технологии сити-фермерства

     Технологии сити-фермерства – выращивания в условиях искусственного микроклимата в вертикальных фермах овощных культур и клубники, а также микрозелени и съедобных цветов, 23 апреля в ходе пресс-тура в Академпарк Новосибирского научного центра (ННЦ) представлены заместителю Губернатора Новосибирской области Ирине Мануйловой и представителям СМИ региона.
    965