Кажуть, що час — це все, і це не може бути вірнішим для прогресії клітинного циклу та диференціації. Тепер дослідники з Японії виявили, що циркадні годинники мають вирішальне значення для правильного розвитку рослин.

У дослідженні, опублікованому в журналі Cell Reports, вчені з Нарського інституту науки і технології (NAIST) виявили, що циркадні годинники відіграють напрямну роль у диференціації рослинних клітин.

Циркадні годинники беруть участь як у прогресії клітинного циклу, так і в переході клітинної долі. Участь циркадного годинника в процесі диференціації була показана у багатьох багатоклітинних організмів, проте, як циркадний годинник рослин регулює диференціацію клітин, залишається неясним.

“З'ясування того, як циркадні годинники беруть участь у диференціації клітин, важливе для розуміння основ визначення клітинної долі. Однак це було важко досліджувати на рослинах, оскільки ізолювати окремі клітини рослин складно, а поточні аналітичні методи ґрунтуються на аналізі "псевдочасу", який не точно відображає нормальні циркадні ритми”, - пояснює Мотому Ендо, старший автор дослідження.

Щоб вирішити ці проблеми, дослідники використовували крихітні скляні трубки для виділення окремих клітин з рослин, що розвиваються, і проаналізували експресію різних генів, пов'язаних з циркадними ритмами та клітинною диференціацією в кожній клітині. Потім вони розробили новий алгоритм під назвою PeakMatch для реконструкції патернів експресії генів у реальному часі з наборів даних щодо окремих клітин.

“Використовуючи цей потужний підхід, ми змогли показати, що профіль експресії генів годинника змінюється до клітинної диференціації. Зокрема, в ранніх клітинах, що диференціюються, індукція гена годинника LUX ARRYTHMO безпосередньо спрямована на гени, що беруть участь у прогресії клітинного циклу, щоб регулювати диференціацію клітин”, - розповів Ендо.

Подальше дослідження показало, що масштабні зміни профілю циркадного годинника в недиференційованих клітинах індукують експресію гена годинника LUX, який безпосередньо запускає диференціацію клітин.

“У сукупності наші результати показують, що циркадні годинники рослин відіграють напрямну роль у диференціації клітин. Важливо відзначити, що наше дослідження також забезпечує підхід до аналізу тимчасових рядів із роздільною здатністю в одну клітинку”, - вказав Ендо.

Оскільки розвиток циркадних ритмів під час клітинної диференціації спостерігається як у тварин, так і у рослин, висновок про те, що гени годинника безпосередньо регулюють визначення клітинної долі та поділ клітин, може допомогти зрозуміти, як контролюється клітинна диференціація в багатоклітинних організмах. Нещодавно розроблений алгоритм PeakMatch може бути застосований до всіх видів одноклітинних транскриптомів інших організмів, стверджують дослідники.