La vida celular dentro de una planta es tan vibrante como la flor. En cada tejido vegetal, desde la punta de la raíz hasta la punta de la hoja, hay cientos de tipos de células que transmiten información sobre las necesidades funcionales y los cambios ambientales.
Ahora, una nueva tecnología desarrollada por los científicos de Salk puede capturar este mundo vegetal interno a una resolución sin precedentes, abriendo la puerta para comprender cómo responden las plantas a un clima cambiante y dando lugar a cultivos más resistentes.
El método, llamado PHYTOMap, puede capturar tejidos completos de la planta (como toda la punta de la raíz), en lugar de una pequeña porción, y proporciona información sobre las complejas conversaciones biológicas entre las células que son difíciles en dos dimensiones.
El método se detalló en Nature Plants el 12 de junio de 2023, y los investigadores esperan que PHYTOMap se popularice rápidamente entre la comunidad científica mundial.
«PHYTOMap nos permite examinar docenas de genes de plantas y ver qué células expresan esos genes, cómo las células se influyen entre sí y cómo la arquitectura del tejido influye en esas células», dice el profesor de Salk Joseph Ecker, director del Laboratorio de Análisis Genómico y el Instituto Médico Howard Hughes. investigador. «Entonces podemos usar esas respuestas para mejorar los cultivos, predecir las reacciones de las plantas al cambio climático y más».
Cada punto (púrpura, verde, azul y rojo) representa un gen diferente.
Crédito: Instituto Salk
Las técnicas de imagen existentes solo pueden ver una pequeña cantidad de genes en un tipo de tejido vegetal y requieren alterar la composición genética de las plantas (crear líneas transgénicas). PHYTOMap (abreviatura de observación dirigida basada en la hibridación de plantas del mapa de expresión génica) permite a los investigadores estudiar docenas de genes simultáneamente sin ninguna manipulación genética de la planta que requiera mucho tiempo.
«PHYTOMap pudo mapear varios genes específicos de tipos de células en las ubicaciones esperadas de las puntas de las raíces en 3D», dice Tatsuya Nobori, investigador postdoctoral en el laboratorio de Ecker. «Ahora, podemos usar PHYTOMap para hacer preguntas más complejas, como ¿cómo responden y reaccionan los diferentes tipos de células entre sí y con su entorno?».
Además de ser poderoso, PHYTOMap también es accesible: la técnica utilizada es relativamente estándar y el costo asociado es relativamente mínimo.
«Con PHYTOMap, podremos hacer muchas preguntas biológicas nuevas. No veo la hora de usar el método para ver cómo interactúan las plantas con los microorganismos circundantes», dice Nobori.
«PHYTOMap hace que la visualización de células en los tejidos de las plantas sea mucho más fácil: no es necesario alterar la composición genética de la planta, no es necesario marcar las células con marcadores coloridos», dice Ecker, quien también es presidente del Consejo Internacional Salk en Genética. «Estoy emocionado de ver cómo PHYTOMap impulsa los esfuerzos para comprender la regulación de los genes de las plantas durante el desarrollo normal y en diversas condiciones ambientales, así como también cómo puede informar la optimización de la agricultura».
En el futuro, el laboratorio de Ecker usará PHYTOMap para comprender mejor la regulación de las poblaciones de células en varios tejidos vegetales para eventualmente diseñar cultivos que sean más resistentes al cambio climático.
Más información: Tatsuya Nobori et al, Análisis de expresión génica espacial 3D de una sola célula multiplexada en tejido vegetal usando PHYTOMap, Nature Plants (2023). DOI: 10.1038/s41477-023-01439-4
*Leyenda de la foto:
Mapeo espacial de montaje completo de genes marcadores de tipo celular de la punta de la raíz con PHYTOMap. a , En el tejido de montaje completo fijado, las moléculas de ARNm diana se hibridan mediante pares de sondas de ADN (sondas SNAIL) que albergan secuencias de código de barras específicas de la especie de ARNm (barras rosas). Las sondas de ADN que contienen código de barras se circularizan mediante ligación (estrella roja) y se amplifican in situ mediante RCA. Durante la amplificación, los nucleótidos modificados con amina se incorporan a los amplicones de ADN (RCP) y se entrecruzan de manera estable con la matriz proteica celular usando un entrecruzamiento de amina no reversible. Los códigos de barras de ADN amplificados son detectados por la química SBH a través de múltiples rondas de imágenes. b, química SBH. Antes de cada ronda de obtención de imágenes, se hibridan cuatro tipos de sondas puente en un conjunto de cuatro códigos de barras de ADN. Luego, cada sonda puente es el objetivo de una de las cuatro sondas fluorescentes que se van a fotografiar. Después de la obtención de imágenes, se eliminan las sondas puente y las sondas fluorescentes, lo que mantiene las RCP en su lugar. Estos pasos se repiten hasta que se leen todos los códigos de barras de ADN. c , Imágenes representativas en diferentes rondas de imágenes. Se muestra la exposición máxima de 60 planos z de la misma posición en el tejido. Barra de escala, 30 μm. d , Representación esquemática de la punta de la raíz y los UMAP que muestran datos de scRNA-seq de la punta de la raíz 18utilizado en este estudio. En los UMAP, las celdas están etiquetadas con tipos de celda (izquierda) y regiones (derecha). LRC, capuchón radicular lateral; QC, centro
