Γη – Φυτά: Νέα έρευνα σχετικά με την «αίσθηση» της κατεύθυνσης που έχουν οι φυτικοί ιστοί (video)

Επιστήμονες στο Κέντρο John Innes, στη Norwich, δημοσίευσαν νέα στοιχεία σχετικά με τη δυνατότητα να μπορούν οι φυτικοί ιστοί να έχουν κάποια κατεύθυνση ανάπτυξης που προτιμούν και ότι αυτό το χαρακτηριστικό είναι ουσιώδες για την παραγωγή σύνθετων φυτικών σχημάτων. Η εργασία, που διενεργήθηκε από την Dr Alexandra Rebocho και συναδέλφους της στο Εργαστήριο του Καθηγητή Enrico Coen (φωτογραφία), συνεισφέρει ένα νέο κομμάτι του γρίφου για το πώς διαμορφώνονται τα φυτικά σχήματα και θα μπορούσε να έχει ευρεία επίδραση στην κατανόηση από τον άνθρωπο, της μορφοποίησης του σχήματος, ή της «μορφογένεσης», στη φύση. Η καλύτερη κατανόηση του πώς τα γονίδια επηρεάζουν τη διαμόρφωση του φυτικού σχήματος θα μπορούσε να βοηθήσει την έρευνα για την απόδοση των καλλιεργειών και να οδηγήσει σε καλύτερα προσαρμοσμένες ποικιλίες καλλιεργειών υψηλότερης απόδοσης.

Η πρωτοπόρος έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο eLife, απαίτησε μια ολοκληρωμένη προσέγγιση, με τη χρήση διάφορων τεχνικών, συμπεριλαμβανομένων των υπολογιστικών μοντέλων, της τρισδιάστατης απεικόνισης, της απεικόνιση με φθορισμό και μιας σειράς γενετικών τεχνικών. Τα όργανα των φυτών, όπως φύλλα, πέταλα και φρούτα, όλα ξεκινούν σαν μια μικρή μπάλα κυττάρων που αναπτύσσονται σε ένα ξεχωριστό τελικό σχήμα. Το ακριβές σχήμα αυτών των οργάνων τροποποιείται κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων χρόνων εξέλιξης σε σχέση με ειδικές λειτουργίες, όπως η προσέλκυση επικονιαστών ή η πρόσληψη του ηλιακού φωτός.

Μια από τις επικρατέστερες θεωρίες για το πώς αναπτύσσονται τα σύνθετα σχήματα των φυτών, επάνω στην οποία οικοδομεί η νέα έρευνα, είναι η θεωρία της «εξομάλυνσης των διαφορών στον ιστό». Στην καρδιά της ανάπτυξης του σχήματος υπάρχουν εσωτερικές διαφοροποιήσεις στο πώς μεγαλώνουν οι περιοχές του ιστού και είναι εξομάλυνση αυτών των διαφορών που παράγουν τα σχήματα. Αυτές οι διαφορές του ιστού δεν είναι εκρηκτικές, αλλά συγκροτημένες με ακρίβεια, με την εξομάλυνσή τους να οδηγεί σε ένα ιδιαίτερο σχήμα του άνθους ή του φύλλου.

Στο πλαίσιο της θεωρίας της «εξομάλυνσης των διαφορών στον ιστό», τα αποτελέσματα της ανάπτυξης εξαρτώνται από ομάδες κυττάρων, που ονομάζονται ιστοί. Σε απομόνωση, οι ξεχωριστές περιοχές του ιστού απλά θα αναπτύσσονται το ίδιο σε όλες τις διευθύνσεις ή θα επιμηκύνονται σε μια προτιμητέα κατεύθυνση. Στην πραγματικότητα, ο περιοχές του ιστού δεν προκύπτουν σε απομόνωση. Η προσκόλληση και η συνάφεια μεταξύ γειτονικών περιοχών, καθεμία ακολουθώντας τα δικά της μοντέλα ανάπτυξης, δημιουργεί πιέσεις, οι οποίες οδηγούν τους ιστούς να λυγίσουν, να αλλάξουν μορφή ή να δεθούν σε μια συμβιβαστική κατάσταση.

Τύποι “εξομάλυνσης διαφορών στον ιστό”

Αυτές οι τρισδιάστατες, έξω από το επίπεδο του ιστού, παραμορφώσεις συναντιούνται σε εξαιρετικά μεγάλο βαθμό στα βασίλεια των φυτών και των ζώων και υποκρύπτουν ορισμένες κρίσιμες διαδικασίες της ανάπτυξης των ζώων, συμπεριλαμβανομένων της αναδίπλωσης του εντέρου, της νευριδίωσης και της ανάπτυξης του εγκεφαλικού ιστού. Υπάρχουν τρεις προτεινόμενοι τύποι της «εξομάλυνσης των διαφορών στον ιστό»: ο τοπικός, ο επιφανειακός και ο κατευθυντικός. Ο τοπικός τύπος διαφοροποίησης συμβαίνει μεταξύ δυο περιοχών του ιστού μέσα σε μια επιφάνεια και η επιφανειακή διαφοροποίηση συμβαίνει μεταξύ γειτονικών, αλλά διακριτών επιφανειών. Και οι δυο τύποι διαφοροποιήσεων έδειξαν προηγουμένως να είναι σημαντικοί στην ανάπτυξη του σχήματος.

Η νέα εργασία, που δημοσιεύθηκε χθες, παρέχει στοιχεία για την τρίτη κατηγορία: την κατευθυντική διαφοροποίηση. Ιστοί, ή σύνολα ιστών, μπορούν να έχουν ένα σύνολο διευθύνσεων, ή «πεδίο πόλωσης», που δημιουργούνται από ασύμμετρες κατανομές των πρωτεϊνών στο εσωτερικό των κυττάρων. Περιοχές των ιστών μπορεί να ανταποκρίνονται σε αυτή την κατευθυντικότητα, δηλαδή αναπτύσσονται ταχύτερα παράλληλα ή κάθετα σε τοπικό πεδίο πόλωσης. Τόσο οι επιφανειακές, όσο και οι τοπικές διαφορές των ιστών, που γειτονεύουν με διαφορετικές εξειδικευμένες κατευθύνσεις ανάπτυξης, θα οδηγήσουν σε διαφοροποιήσεις.

Όταν συνδυαστεί η εξομάλυνση των τριών τύπων διαφορών μπορεί να παραχθούν μεγάλη ποικιλότητα και πολύ σύνθετα σχήματα. Η έρευνα κινείται ένα βήμα πλησιέστερα στην κατανόηση του πώς τα γονίδια μπορούν να επηρεάσουν τα ιδιαίτερα περίπλοκα και όμορφα σχήματα που βλέπουμε γύρω μας.

Δείτε το (ενδιαφέρον) video:

Πηγή: John Innes Centre

Περισσότερα στη δημοσίευση: Generation of shape complexity through tissue conflict resolution. eLife.