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

Похожие новости

  • 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.
    289
  • 31/01/2018

    В Новосибирской области идет разработка проекта по созданию биофармацевтического научно-инжинирингового центра

    ​Новосибирская область может стать одним из ведущих федеральных центров по развитию науки и инжиниринга в области биотехнологий — территорией, привлекательной для инвестиций в биотехнологическую индустрию.
    1302
  • 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».
    2541
  • 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).
    1994
  • 13/07/2018

    Новосибирские ученые предложили создать Национальный центр генетических технологий

    ​ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» выступил с инициативой создания Национального центра генетических технологий. Как рассказал избранный директор ФИЦ ИЦиГ СО РАН член-корреспондент РАН Алексей Владимирович Кочетов, проект ЦГТ нацелен на решение сразу нескольких стратегических задач: «Прежде всего, мы хотим на одной площадке получить полный набор современных исследовательских технологий, обеспечивающий возможность фундаментального изучения генетических систем и процессов человека, животных, растений и микроорганизмов на базовых иерархических уровнях организации живых систем: молекулярно-генетическом, клеточном, тканевом, организменном, популяционном, экосистемном».
    1385
  • 10/10/2018

    Генетики расшифруют молекулярные основы болезней сердца

    ​Ученые из новосибирского Академгородка и Эдинбурга (Великобритания) планируют найти новые биомаркеры и мишени для лекарств при сердечно-сосудистых заболеваниях, а также разработать методы прогнозирования риска болезни.
    733
  • 11/09/2018

    В Новосибирске биологи обсудят метод, изменяющий реальность

    ​В технопарке новосибирского Академгородка открылся международный конгресс «CRISPR—2018», посвященный этому методу геномного редактирования. На конгресс съехалось около 360 ученых из США, Франции, Германии, Северной Кореи, Турции, Казахстана, Беларуси и 16 городов России, включая Москву и Санкт-Петербург.
    890
  • 31/05/2016

    Новосибирские ученые исследуют кровеносную систему

    ​Кровеносная система лежит в основе функционирования головного мозга, и в области её работы ещё много «белых» пятен. Сибирские учёные в сотрудничестве с медиками решили устранить некоторые из них.  Исследование имеет и прикладной выход: уже создана уникальная система мониторинга нейрохирургических операций, метод повышения качества магнитно-резонансной томографии, а также инструментарий для персонализированного моделирования протекания некоторых болезней.
    2845
  • 15/05/2019

    Сибирские ученые придумали, как быстро и просто анализировать форму клеток эпидермиса листьев у растений

    ​Сотрудники ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» совместно с коллегами из Института систем информатики им. А. П. Ершова СО РАН и Новосибирского государственного университета разработали программу LSM-W2, которая позволяет извлекать данные о морфологии поверхности листа из изображений, полученных с применением лазерного сканирующего микроскопа.
    453
  • 10/08/2018

    Ученые установили, что боли в спине связаны с генами и депрессией

    Коллектив ученых из России (Институт цитологии и генетики СО РАН и Новосибирский государственный университет), Великобритании, США и Нидерландов провел масштабное полногеномное исследование ассоциаций болей в пояснице и различных других состояний.
    818