Dokumentera växtorgans utveckling

I levande organismer är utveckling en kombination av flera koordinerade processer som interagerar i tid och rum under tillväxtens gång. En falsk ton i den ömtåliga symfonin kan få katastrofala konsekvenser. Men det exakta partituret för denna biologiska musik är ofta ett mysterium för forskare. En lösning är att använda avancerade mikroskopitekniker för att observera organtillväxt i realtid. Utmaningen är att sådana tillvägagångssätt är dåligt lämpade för långtidsövervakning. Dessutom kan de stressa organ, störa utvecklingen.

För att ta itu med detta problem utvecklade INRAE-forskare en unik metod som de har tillämpat på växter. Först, med utgångspunkt i många enskilda växter, fotograferar forskare löv som representerar olika utvecklingsstadier. Genom att tillämpa riktade algoritmer på denna fotokatalog är det möjligt att tilldela en ålder till var och en blad och rekonstruera utvecklingen över tid. För att hjälpa dem i denna uppgift utnyttjar forskarna ett program med öppen källkod – MorphoLeaf – som de utvecklade 2016 i samarbete med ENS de Lyon.

Nästa steg var att använda metoden för att heltäckande dokumentera bladutvecklingen hos modellväxten Arabidopsis thaliana. Under en period av flera veckor samlade forskare löv från hundratals vildtyp och mutanta stammar; den senare hade genetiska modifieringar som påverkade bladform. En stor fördel med denna metod är dess enkla implementering: den kräver ingen sofistikerad utrustning. Faktum är att ett standardmikroskop användes för att ta bilder av de tidigare utvecklingsstadierna (bladstorlek < 0.1 mm), och en flatbäddsskanner användes för de senare utvecklingsstadierna (bladstorlek > 1 cm).

https://www.youtube.com/embed/UU2YahNiTpI?color=whiteReconstructing the complete story of leaf development. Credit: INRAE – Jasmine Burguet

Bilderna berättade en exakt historia om bladutveckling, och klargjorde nyckelpunkter i rum och tid som i hög grad bidrar till utvecklingen i allmänhet. Särskilt avslöjade analysen att vildtyps- och mutantväxter kan ha identiska tidiga utvecklingsbanor som sedan avviker i specifika senare stadier.

Denna detaljerade förståelse av växtutveckling kan informera framtida strategier för att optimera växttillväxt. Forskarnas tillvägagångssätt är extremt flexibelt och kan anpassas till alla organtyper, även hos djur. Det kan alltså vara en värdefullt verktyg i studier som försöker avmystifiera organ och organismer utveckling.

Studien publiceras i tidskriften Kvantitativ växtbiologi.