Группа ученых из пяти стран, включая Россию, исследовала генетическую регуляцию деления стволовых клеток в стебле растений и обнаружила ранее неизвестный механизм контроля роста древесины фитогормоном ауксином. Белки — регуляторы ответа на ауксин координируют активность гена WOX4 — ключевого для поддержания стволовых клеток стебля растений. Результаты исследования имеют значение не только для фундаментальной биологии, но и для решения экономических и экологических проблем, так как изученный механизм позволит в перспективе влиять на качество и объем древесины. Подробности опубликованы в журнале Nature Communications.

Международный коллектив ученых из Центра организменных исследований (Германия), института Грегора Менделя (Австрия), Института Цитологии и генетики СО РАН, Новосибирского государственного университета (Россия), Университета Вагенингена (Нидерланды) и Института молекулярной и клеточной биологии растений, Политехнического университета Валенсии (Испания) показал ключевую роль в процессе образования камбия (ниши стволовых клеток в стебле растений) белков-регуляторов ответа на ауксин. Также исследователи конкретизировали особенности пространственной координации активности генов в тканях стебля. Ранее не было известно, связаны ли как-то пути регуляции поддержания жизнедеятельности камбия через фитогормон ауксин и через белок-регулятор WOX4, эти направления считались параллельными. В своей работе авторы показали что между ними есть прямая связь.

Поскольку мы смогли различить разные типы клеток в камбии, наша работа является важной ступенью для исследований регуляции функционирования этой ткани. Мы все лучше понимаем удивительную сложность регуляторной сети поддержания ниши стволовых клеток камбия, который обеспечивает существование древесины, создающей значительную часть биомассы нашей планеты, — прокомментировал результаты работы ее руководитель — профессор Центра организменных исследований университета Гейдельберга доктор Томас Греб

Удивительный камбий и король фитогормонов ауксин

Из камбия — стволовых клеток стебля растений образуется древесина, составляющая значительную часть от всей «зеленой» биомассы на Земле. Своеобразие камбия в том, что из него одновременно «рождаются» два типа сосудистых тканей, ксилема, или древесина — в сторону сердцевины ствола и флоэма (кора)— наружу.

Ксилема обеспечивает восходящий ток воды и растворенных в ней питательных веществ, а флоэма — нисходящее движение сахаров и крахмалов, нужных для роста и развития клеток растений. Сформированные сосудистые ткани состоят из мертвых клеток, постоянно прирастающих в объеме за счет делящихся стволовых клеток камбия. Важно, что ксилема и флоэма образуются на протяжении всей жизни растения, а не только в эмбриональном периоде. Если «умирает» камбий, погибает и ствол растения.
Исследования проводились на резуховидке Таля (Arabidopsis thaliana), и хотя у нее нет древесины как таковой, растение обладает всеми генетическими механизмами для формирования этой ткани, что позволяет пользоваться преимуществами модельного объекта — небольшим размером, коротким жизненным циклом, хорошо изученным геномом. Именно на этом растении, ранее ученые установили, что ауксин — своеобразный король растительных гормонов. Он регулирует множество процессов, среди которых способность растений поворачиваться к солнцу, реагировать на силу тяжести, а также управляет развитием органов растений — семян, корней, листьев и стеблей…. Читать далее на Открытой науке

Впервые в мире эволюцию генных сетей, связанных с различными заболеваниями, изучили ученые Института цитологии и генетики СО РАН и лаборатории компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики НГУ. Это поможет медикам лучше понять природу болезней и эффективней с ними бороться. Генные сети — это наборы генов, которые взаимодействуют между собой, определяют в организме один и тот же фенотипический признак, например, уровень артериального давления или цвет глаз. Такие сети изучают давно, но только сегодня появилась возможность взглянуть на них с новой точки зрения — эволюции. Сибирских ученых интересует, как эволюционирует целая группа связанных между собой генов. Этим еще никто в мире не занимался. Изучая геномы различных организмов, ученые хотят понять, в какой момент эволюционной истории организмов возникли те или иные гены, определить их возраст. И вообще, как в организме появляется что-то новое



 
ведущий научный сотрудник лаборатории компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики ФЕН НГУ, заведующий лабораторией эволюционной биоинформатики и теоретической генетики ИЦиГ СО РАН к.б.н. Дмитрий Афонников

Обычно происходит удвоение уже существующего гена. Первая копия продолжает работать, как и прежде, а во второй постепенно накапливаются мутации, которые организм какое-то время не замечает, пока эта вторая копия не превращается в принципиально новый ген. С момента удвоения мы и отсчитываем возраст нового гена.

Ученые ИЦиГа сумели разбить каждую генную сеть на базовое ядро и вариабельную часть. В первом содержатся гены базовых функций, например, синтеза белков. Эти гены очень консервативны, они одинаковы у бактерий и человека, ведь любая мутация в них приводит к гибели организма. А вот вариабельная часть сети, наоборот, может быстро изменяться. Ученые изучили сети, связанные с различными заболеваниями. Вывод может стать прорывом в понимании природы недугов. Оказалось, что их эволюционное развитие связано с мутациями именно в вариативной части генной сети. Генетики пока не могут сказать медикам, как вылечить болезнь, но способны указать в каком направление предпочтительно вести исследования. Например, в сетях аутоиммунных болезней (астма, аллергии) почти все гены относительно молодые, то есть формирование этих заболеваний как-то связано с эволюцией человека.
… Подробнее в Российской Газете… («Пьянство в крови», Алексей Хадаев)

Сотрудники лаборатории компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики вместе с учеными из Института цитологии и генетики СО РАН и Фрайбургского университета (Германия) реконструировали 3d модель ядер клеток корня, чтобы изучить, как расположены в ткани стволовые клетки.

Сам по себе корень очень интересен для исследований, потому что он обеспечивает растение водой, необходимыми для роста микроэлементами из почвы, удерживает растение в земле. А «родоночальник» всего органа — кончик корня, именно в нем находятся стволовые клетки, которые делятся и удлиняются, что позволяет корню расти.



 

младший научный сотрудник лаборатории компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики ФЕН НГУ, и.о. заведующей сектором системной биологии морфогенеза растений ИЦиГ СО РАН Виктория Лавреха

— Мы работали с модельным объектом резуховидкой Таля (Arabidopsis thaliana), исследуя область кончика корня длиной до 1 мм, использовали лазерную конфокальную микроскопию, которая позволяет заглянуть внутрь корня не разрезая его. Для этого проводилась специальная подготовка растений — перед исследованием добавлялись флуоресцентные белки-красители, встраивающиеся в клеточные ядра корневой системы. Лазерный луч с определенной длиной волны возбуждает эти флуоресцирующие белки, микроскоп «видит» клеточные ядра и сканирует корень горизонтальными слоями — до 150 слоев на сто микрон. Обработка полученного массива данных, велась в программе, разработанной нашими коллегами из Фрайбургского университета, в которой мы реконструировали поперечные и продольные сечения. Программа применяет технологию распознавания ядер с нанесением их на цилиндрическую систему координат и позволяет восстановить трехмерное расположение клеточных ядер. В результате мы получили модель корня, которую можно «покрутить» со всех сторон и даже заглянуть внутрь — посмотреть пространственные взаимосвязи между клетками внутри органа

Read More

Лаборатория компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики ФЕН НГУ совместно с коллегами из Института цитологии и генетики СО РАН и Галле-Виттенбергского университета им. Мартина Лютера (Германия) провела эксперимент по обработке растений фитогормоном ауксином и разработала новую методику анализа транскриптомных данных.

Новый подход для анализа полнотранскриптомных данных, который разработали и применили ученые, позволил на основании стандартного эксперимента доказать существование неизвестного ранее принципа регуляции биологических процессов, по крайней мере при ответе на гормон ауксин. Сейчас предстоит проверить, насколько данный механизм универсален — при регуляции каких других генных сетей он также реализуется.



 
заведующая лабораторией компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики ФЕН НГУ, и.о. заведующей сектором системной биологии морфогенеза растений ИЦиГ СО РАН Елена Землянская

— Естественно предполагать, что существует некий механизм, который отвечает за скоординированную работу генов, контролирующих определенные биологические процессы. То есть гены, которые работают на один процесс, должны сходным образом отвечать на стимул. Мы выявили несколько таких биологических процессов, в основном они связаны с регуляцией экспрессии генов. Именно они контролируются в наиболее жестких интервалах. На основании полученных результатов нами была предложена модель действия ауксина, было выдвинуто предположение о существовании нескольких «бутылочных горлышек» в процессе регуляции экспрессии генов ауксином

Подробнее на сайте НГУ…

Растения жертвуют только что родившимися клетками кончика корня для того, чтобы пережить холод и сохранить свои «стволовые клетки»
Международная группа исследователей из Новосибирского государственного университета (НГУ), Института цитологии и генетики СО РАН и Национального университета Сингапура обнаружила и исследовала механизм адаптации к холоду у растений.
Оказалось, растения жертвуют только что родившимися клетками кончика корня для того, чтобы пережить холод и сохранить свои «стволовые клетки». Исследование опубликовано в журнале CELL.

Ученые из России исследовали процессы, которые происходят на кончике корня с помощью математической модели. Оказалось, что механизм, который приносит клетки в жертву ради выживания растения, регулируется генами, ответственными за транспорт ауксина — гормона, который необходим для нормального роста корня.



соавтор статьи в CELL,
ведущий инженер лаборатории компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики НГУ, младший научный сотрудник Института цитологии и генетики СО РАН Мария Савина

«Моделирование показало, что в холодных условиях концентрация гормона падает и это создает угрозу для дальнейшей жизни растения. Когда же клетки на конце корня погибают, концентрация гормона восстанавливается, что позволяет сохранить остальные «стволовые клетки»

подробнее на ТАСС…