12. Juni 2023
Die neue PHYTOMap zeigt Dutzende Gene im Pflanzengewebe in 3D, was Hinweise darauf geben könnte, wie Pflanzen auf den Klimawandel reagieren, und Wissenschaftlern dabei helfen könnte, die Widerstandsfähigkeit von Nutzpflanzen zu verbessern
Die neue PHYTOMap zeigt Dutzende Gene im Pflanzengewebe in 3D, was Hinweise darauf geben könnte, wie Pflanzen auf den Klimawandel reagieren, und Wissenschaftlern dabei helfen könnte, die Widerstandsfähigkeit von Nutzpflanzen zu verbessern
LA JOLLA – Das Zellleben im Inneren einer Pflanze ist so lebendig wie die Blüte. In jedem Pflanzengewebe – von der Wurzelspitze bis zur Blattspitze – gibt es Hunderte von Zelltypen, die Informationen über funktionelle Bedürfnisse und Umweltveränderungen weitergeben. Jetzt kann eine von Salk-Wissenschaftlern entwickelte neue Technologie diese innere Pflanzenwelt mit einer beispiellosen Auflösung erfassen und so die Tür zum Verständnis öffnen, wie Pflanzen auf ein sich änderndes Klima reagieren, und zu widerstandsfähigeren Nutzpflanzen führen.
Die PHYTOMap genannte Methode kann anstelle eines kleinen Ausschnitts ganze Pflanzengewebe (wie die gesamte Wurzelspitze) erfassen und bietet Einblicke in die komplexen biologischen Gespräche zwischen Zellen, die in zwei Dimensionen schwierig sind.
Die Methode wurde detailliert beschrieben Nature Plants am 12. Juni 2023, und die Forscher gehen davon aus, dass PHYTOMap schnell von der weltweiten wissenschaftlichen Gemeinschaft populär gemacht wird.
„PHYTOMap ermöglicht es uns, Dutzende Pflanzengene zu untersuchen und zu sehen, welche Zellen diese Gene exprimieren, wie Zellen sich gegenseitig beeinflussen und wie die Gewebearchitektur diese Zellen beeinflusst“, sagt Salk-Professor Josef Ecker, Direktor des Genomic Analysis Laboratory und Forscher des Howard Hughes Medical Institute. „Wir können diese Antworten dann nutzen, um Nutzpflanzen zu verbessern, Pflanzenreaktionen auf den Klimawandel vorherzusagen und vieles mehr.“
Bestehende bildgebende Verfahren können nur eine kleine Anzahl von Genen in einem Pflanzengewebetyp anzeigen und erfordern eine Veränderung der genetischen Ausstattung der Pflanzen (Erstellung transgener Linien). PHYTOMap (kurz für „Plant Hybridization-based Targeted Observation of Gene Expression Map“) ermöglicht es Forschern, Dutzende von Genen gleichzeitig zu untersuchen, ohne dass eine zeitaufwändige genetische Manipulation der Pflanze erforderlich ist.
„PHYTOMap war in der Lage, verschiedene zelltypspezifische Gene an erwarteten Stellen der Wurzelspitzen in 3D zu kartieren“, sagt Tatsuya Nobori, Postdoktorandin in Eckers Labor. „Jetzt können wir PHYTOMap verwenden, um komplexere Fragen zu stellen, z. B. wie reagieren verschiedene Zelltypen aufeinander und auf ihre Umgebung?“
PHYTOMap ist nicht nur leistungsstark, sondern auch zugänglich – die verwendete Technik ist relativ standardisiert und die damit verbundenen Kosten sind relativ gering.
„Mit PHYTOMap werden wir in der Lage sein, so viele neue biologische Fragen zu stellen. Ich kann es kaum erwarten, mit der Methode zu sehen, wie Pflanzen mit umgebenden Mikroorganismen interagieren“, sagt Nobori.
„PHYTOMap macht die Visualisierung von Zellen in Pflanzengeweben so viel einfacher – es ist nicht nötig, die genetische Ausstattung der Pflanze zu verändern, keine Notwendigkeit, Zellen mit farbigen Markierungen zu kennzeichnen“, sagt Ecker, der auch Vorsitzender des Salk International Council für Genetik ist. „Ich bin gespannt, wie PHYTOMap die Bemühungen zum Verständnis der pflanzlichen Genregulation während der normalen Entwicklung und unter verschiedenen Umweltbedingungen vorantreibt und wie es zur Optimierung der Landwirtschaft beitragen kann.“
In Zukunft wird das Ecker-Labor PHYTOMap verwenden, um die Regulierung von Zellpopulationen in verschiedenen Pflanzengeweben besser zu verstehen, um schließlich Nutzpflanzen zu entwickeln, die widerstandsfähiger gegen den Klimawandel sind.
Weitere Autoren sind Marina Oliva und Ryan Lister von der University of Western Australia.
Die Arbeit wurde durch ein Human Frontiers Science Program Long-term Fellowship (LT000661/2020-L) und das Howard Hughes Medical Institute unterstützt.
Protokoll: Protocols.io
Titel: PHYTOMap in den Wurzelspitzen von Arabidopsis
Autoren: Tatsuya Nobori, Joseph Ecker
Link: https://www.protocols.io/view/phytomap-in-arabidopsis-root-tips-rm7vzbp4xvx1/v1
DOI: 10.1038/s41477-023-01439-4
JOURNAL
Nature Plants
AUTOREN
Tatsuya Nobori, Marina Oliva, Ryan Lister, Joseph Ecker
Büro für Kommunikation
Tel: (858) 453-4100
press@salk.edu
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