Циркадные часы управляют развитием клеток растений

Исследователи из Японии выяснили, что циркадные ритмы играют ключевую роль в правильной дифференцировке клеток растений.

В исследовании, опубликованном в Cell Reports, учёные из Nara Institute of Science and Technology (NAIST) показали, что циркадные часы направляют процесс клеточной дифференцировки у растений.

Хотя связь циркадных ритмов с прогрессией клеточного цикла и изменением клеточной судьбы известна у многих многоклеточных организмов, механизмы этого регулирования у растений оставались неясными.

"Выяснение того, как циркадные часы участвуют в дифференцировке клеток, важно для понимания основ определения клеточной судьбы, — объясняет Мотому Эндо, старший автор исследования. — Однако изучать это у растений было сложно из-за трудностей с выделением отдельных клеток и использования методов анализа, которые полагаются на 'псевдовременной' анализ, не отражающий нормальные циркадные ритмы".

Чтобы решить эти проблемы, исследователи использовали крошечные стеклянные трубки для выделения отдельных клеток из развивающихся растений и проанализировали экспрессию генов, связанных с циркадными ритмами и дифференцировкой, в каждой клетке. Затем они разработали новый алгоритм PeakMatch для реконструкции паттернов экспрессии генов в реальном времени из наборов данных по единичным клеткам.

"С помощью этого мощного подхода мы смогли показать, что профиль экспрессии генов часов изменяется до начала клеточной дифференцировки, — заявляет Эндо. — В частности, в ранних дифференцирующихся клетках индукция гена часов LUX ARRYTHMO напрямую нацелена на гены, участвующие в прогрессии клеточного цикла, чтобы регулировать дифференцировку".

Дальнейшее исследование показало, что масштабные изменения в профиле циркадных часов в недифференцированных клетках индуцируют экспрессию гена LUX, который непосредственно запускает клеточную дифференцировку.

"В совокупности наши результаты показывают, что циркадные часы растений играют направляющую роль в клеточной дифференцировке, — говорит Эндо. — Важно, что наше исследование также предоставляет подход для анализа временных рядов с разрешением на уровне единичной клетки".

Поскольку развитие циркадных ритмов во время клеточной дифференцировки наблюдается как у животных, так и у растений, открытие того, что гены часов напрямую регулируют определение клеточной судьбы и деление клеток, может помочь понять, как контролируется дифференцировка клеток у многоклеточных организмов. Новый алгоритм PeakMatch также может быть применён ко всем видам транскриптомов единичных клеток у других организмов.