Исследователи из Университета Дьюка снимают такие фильмы, наблюдая за стволовыми клетками у кончика корня и делая снимки, как они делятся и размножаются с течением времени, используя технику под названием световая листовая микроскопия.

Такая работа позволяет не просто наблюдать за спектаклем растущих корней в первом ряду. Наблюдая за тем, как клетки делятся в ответ на определенные химические сигналы, команда находит новые подсказки о том, как стволовые клетки выбирают один путь развития, а не другой.

Исследование также может указать на новые способы предотвращения неправильного деления стволовых клеток, как это происходит при раке и других заболеваниях.

Последние результаты работы команды опубликованы в журнале Nature.

По словам доцента Кара Винтер, работа затрагивает фундаментальный вопрос биологии: как клетки приобретают свою идентичность? Другими словами, откуда берутся все те типы клеток, из которых состоит организм?

Как и человеческое тело состоит из множества различных типов клеток — в мозге, мышцах, костях и других местах, так и растения содержат различные типы клеток, специализирующиеся на разных задачах.

Будь то корни, ветви, цветы или листья, практически все ткани растения происходят из небольших групп неспециализированных стволовых клеток, которые производят новые клетки путем деления.

Каждый раз, когда стволовая клетка делится, перед ней встает выбор: она может либо произвести две новые стволовые клетки, подобные себе, либо создать одну копию себя плюс одну клетку, которая станет чем-то новым.

Именно последний процесс, известный как асимметричное деление, порождает огромное количество типов клеток, необходимых для формирования сложных организмов, таких как растение или человек.

Тогда возникает очевидный вопрос: как делящиеся стволовые клетки выбирают именно такой путь, а не другой?

Этот вопрос занимал Уинтера и его соавтора Пабло Шекели (оба работают в лаборатории покойного биолога Филипа Бенфи из Дьюка), когда они наблюдали за многодневным ростом корней у Arabidopsis thaliana, веретенообразного представителя семейства горчичных.

Исследователи сосредоточились на двух ключевых регуляторах деления клеток арабидопсиса — белках под названием short-root и scarecrow, которые вместе стимулируют делящиеся клетки корня переключаться.

Пометив эти белки светящимися флуоресцентными метками, ученые смогли отслеживать их активность и влияние на делящиеся стволовые клетки в режиме реального времени. Световая листовая микроскопия позволила им заглянуть внутрь полупрозрачных тканей корней на 50 часов, не причинив им вреда.

Вопреки предыдущим прогнозам, исследователи показали, что даже низких уровней этих белков, присутствующих на ранних стадиях превращения одной клетки в две, достаточно, чтобы запустить переключение на асимметричное деление.

Все, что им нужно сделать, — это достичь определенного порога, — говорит Шекели, который присоединился к лаборатории Бенфи в качестве постдокторанта в 2020 году.

По словам исследователей, полученные результаты имеют значение для людей и других живых существ.

Хотя растения и животные разошлись более миллиарда лет назад, они унаследовали один и тот же базовый набор молекулярных инструментов, включая многие гены, которые необходимы для функционирования клеток.

Те же гены, которые регулируют деление клеток у таких растений, как арабидопсис, выполняют аналогичную работу у животных, включая человека. Предыдущие исследования показывают, что при нарушении асимметричного деления клетки могут размножаться бесконтрольно и образовывать опухоли.

В процессе развития клетки должны иметь программу: сначала делиться так, потом эдак, — заключает Шекели.

Чтобы все работало, это должно быть жестко регламентировано.