مطالعه نشان می دهد سلول های گیاهی میکروتوبول ها را برای کنترل تقسیم سلولی دور می کنند

هر بار که یک سلول بنیادی تقسیم می‌شود، یک سلول دختر به عنوان سلول بنیادی باقی می‌ماند و دیگری در سفر تکاملی خود حرکت می‌کند. اما هر دو سلول دختر برای تحقق سرنوشت خود به مواد سلولی خاص و متفاوتی نیاز دارند. سلول‌های بنیادی حیوانی از اسکلت سلولی – شبکه‌ای گذرا از لوله‌های ساختاری – استفاده می‌کنند تا به طور فیزیکی مواد صحیح را از سلول والد به داخل هر سلول دختر در طول شکافتن بکشند. گیاهان همچنین دارای سلول‌های بنیادی هستند که باید مواد مختلفی را بین هر یک از دختران خود توزیع کنند، اما به نظر می‌رسد مطالعات قبلی وجود اسکلت سلولی به سبک حیوانی را برای انجام این کار رد کرده است. و اینکه چه گیاهانی به جای آن استفاده می‌کردند، تا به حال ناممکن باقی مانده بود.

در یک مطالعه جدید منتشر شده در 6 ژوئیه در علوم پایهمحققان دانشگاه استنفورد دریافتند که سلول های گیاهی از اسکلت سلولی نیز استفاده می کنند. اما یک پیچ وجود دارد. سلول‌های گیاهی که مورد مطالعه قرار گرفتند، به جای کشیدن اسکلت سلولی، مانند سلول‌های بنیادی حیوانی، آن را دور زدند.

“به جای استفاده از اسکلت سلولی برای گفتن “اینگونه تقسیم کنید!” گیاهان گفتند: “این گونه تقسیم نکن!” اندرو مورویاما، محقق سابق فوق دکتری در استنفورد، در حال حاضر استادیار دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو، و نویسنده اصلی مقاله، گفت.

این یافته جدید می تواند به محققان کمک کند تا گیاهانی را مهندسی کنند که سازگاری بیشتری با محیط های در حال تغییر دارند – این یک وظیفه حیاتی است زیرا جهان همچنان با تغییرات آب و هوایی مواجه است.

درک چگونگی تقسیم سلول های بنیادی در حیوانات برای درک بیماری های مختلف انسانی مهم بوده و بر داروهای ترجمه تاثیر گذاشته است. من امیدواری مشابهی دارم که بهبود درک ما از نحوه تقسیم سلول‌های بنیادی در گیاهان می‌تواند کاربردهای مهندسی در آینده را فراهم کند.”

اندرو موریاما، عضو سابق فوق دکترا در استنفورد

مسدود کردن ساخت دیوار با تهدید فاجعه

محققان در آزمایشگاه دومینیک برگمان، شرلی آر و لئونارد دبلیو الی جونیور، استاد زیست‌شناسی دانشکده علوم انسانی و علوم، این کار را با بررسی کمپلکس‌های قطبی آغاز کردند – خوشه‌های کوچکی از پروتئین‌ها که در هر سلول حیاتی هستند. برای ساختن برگ هایی با اندازه و شکل مناسب. کمپلکس های قطبی به تقسیم سلول های بنیادی برگ کمک می کند تا خود را جهت دهند. موریاما می‌گوید: «سلول‌های بنیادی از این پروتئین‌های قطبی برای تصمیم‌گیری درباره محل تقسیم استفاده می‌کنند. ما می‌دانستیم که این پروتئین‌ها در تقسیم نقش دارند، اما نمی‌دانستیم که چگونه این فرآیند را در سطح مولکولی کنترل می‌کنند.»

برای بررسی نحوه عملکرد این پروتئین‌ها، این تیم رده‌های سلولی گیاهی را توسعه دادند که نسخه‌های فلورسنت کمپلکس قطبی و پروتئین‌های اسکلت سلولی را بیان می‌کردند، سپس صدها ساعت را در یک اتاق تاریک گذراندند و در حین رشد، تقسیم و تکرار سلول‌ها، حرکات پروتئین‌های درخشان را دنبال کردند.

آنها به زودی مشاهده کردند که برخی از سلول ها بر اساس “قاعده کوتاه ترین دیوار” تقسیم نمی شوند، که به طور معمول بر تقسیم سلولی گیاهی حاکم است. در حالی که انتظار می‌رود سلول‌های گیاهی کوچک‌ترین – و در نتیجه محافظه‌کارانه‌ترین دیواره‌های ممکن برای تقسیم سلول‌ها را بسازند، در برخی موارد، مجموعه قطبی درست در جایی قرار داشت که آن دیوار باید ساخته شود. به نوعی ساخت و ساز را مسدود کرد. از طریق یک سری آزمایش‌های دقیق، محققان به این نتیجه رسیدند که مجموعه قطبی، میکروتوبول‌هایی را که در غیر این صورت ساخت دیوار را امکان‌پذیر می‌کنند، رانده است.

مجموعه قطبی به این صورت بود: “اگر هر یک از شما میکروتوبول ها بخواهند به منطقه من نفوذ کنند، من شما را به زور دور می کنم. من به معنای واقعی کلمه یک فاجعه ایجاد خواهم کرد – این اصطلاح فنی برای مختل کردن کامل میکروتوبول ها است – بنابراین شما می توانید.” برگمان گفت، به این منطقه حمله نکنید.

مدیریت برای تغییر اقلیم

آزمایشگاه برگمان به انعطاف‌پذیری علاقه دارد – اینکه چگونه گیاهان با محیط‌های در حال تغییر کنار می‌آیند. گیاهان با تغییر برگ‌ها یا الگوی شاخه‌هایشان یا سرعت تنفس یا ذخیره قندها زنده می‌مانند.

مورویاما می‌گوید: «این تحقیق می‌تواند به کاربردهایی منجر شود که رفتار سلول‌های بنیادی را می‌توان تنظیم کرد، به‌عنوان مثال، برای تغییر معماری گیاهان، یا کمک به گیاهان برای سازگاری با آب و هوای متغیر».

تصمیم گیری در مورد چگونگی پاسخ به سیگنال های محیطی توسط سلول های بنیادی انجام می شود. در این فرآیند، برگمان مجتمع قطبی را با یک مدیر ساخت و ساز مقایسه می کند و دستورالعمل هایی را ارائه می دهد که سلول های بنیادی را به درستی تقسیم می کند.

این مدیر ساخت‌وساز سیگنال‌هایی را از محیط دریافت می‌کند، تصمیم می‌گیرد چه کاری انجام دهد و به سلول می‌گوید، بله، باید تقسیم کنید. اما سپس همچنین می‌گوید: “اکنون شما تقسیم کرده‌اید. برو و به دنبال ثروت خود باش.”

اکنون که محققان می‌دانند این مدیر چگونه کار می‌کند، می‌توانند نقش آن را در فرآیندهای بالادستی و پایین دستی تعیین کنند – و راه‌هایی برای مهار قدرت آن بیابند.

برگمان می‌گوید: «دقیقاً نحوه عملکرد مجموعه قطبی چیزی است که ما هنوز باید بدانیم. چگونه می‌توان این همه گیاه را به دست آورد که سلول‌های تخصصی واقعاً جالبی می‌سازند – سلول‌هایی که شکل‌های جالبی می‌سازند، سلول‌هایی که مواد شیمیایی جالب می‌سازند، سلول‌هایی که به محرک‌های خاصی پاسخ می‌دهند؟ و آیا می‌توانیم آن را مهندسی کنیم؟»