Искусное исследование клеточного развития в листьях
Новое исследование биологов Стэнфордского университета на растении Arabidopsis thaliana раскрывает удивительные детали того, как из одной клетки формируется сложный многоклеточный организм.
В работе, опубликованной 5 апреля в Developmental Cell под руководством Доминик Бергманн и постдока Камилы Лопес-Анидо, использовали технологии секвенирования РНК единичных клеток. Учёные отследили генетическую активность почти в 20 000 клеток во время формирования поверхности и внутренних частей листа арабидопсиса.
Этот высокодетальный метод позволил зафиксировать переходные и редкие клеточные состояния. Исследователи обнаружили неожиданно высокую степень неоднозначности в том, как клетки проходят различные идентичности, особенно на ранних этапах в популяции стволовых клеток.
"Все клетки скоординированы, и в то же время они — индивидуумы со своими собственными генетическими программами", — говорит Доминик Бергманн.
Неожиданные детали
Новые данные по клеткам заполнили пробелы в понимании развития. Учёные выяснили, что клетки могут возвращаться назад по пути развития, который, казалось, уже выбрали, или перепрыгивать вперёд. Они также заметили различия в регуляции переходов между типами клеток у новых и старых стволовых клеток.
Особенно интригующим оказалось открытие, связанное с ключевым геном SPEECHLESS, который играет роль в формировании устьиц. Новые данные показали, что он экспрессируется дольше, чем ожидалось. В последующем эксперименте удаление гена после выполнения его известной роли, но раньше, чем он переставал экспрессироваться по новым данным, привело к сбою программ развития.
"Это противоречило тому, что мы думали, что знаем, и было очень захватывающе", — отмечает Бергманн.
Искусство, наука и наставничество
Анализ почти 20 000 клеток и 30 000 генов потребовал алгоритмов машинного обучения. Камила Лопес-Анидо создала организационную структуру на основе одного из самых распространённых инструментов анализа — Seurat (названного в честь художника-пуантилиста Жоржа Сёра). Как и в пуантилизме, отдельные точки (клетки с их уникальными сигнатурами экспрессии генов) сливались в визуализациях, позволяя увидеть крупномасштабные тенденции.
Её сестра, художница Вирджиния Лопес-Анидо, создала серию работ, вдохновлённых этим исследованием, включая рисунки о природе научного поиска и глиняные модели "ландшафтов ткани", основанные на сканирующих электронных микрофотографиях устьиц. Одна из этих работ украсит обложку журнала Developmental Cell.