Anzeige
Plant stem-cells are master cells located at the tip of the stem and are part of a structure called the shoot apical meristem (SAM). Here, the stem cells—all clumped together—divide throughout the life of the plant to give rise to other cells, resulting in the formation of above-ground organs such as leaves, flowers, branches and stem.
But despite the important role the stem cells play in plant development, their molecular composition has eluded researchers for long.
Now, working on Arabidopsis, a mustard-like plant that is a model for studying plant biology, a team of researchers at UC Riverside has identified all the genes expressed in the plant's stem cells.
The researchers also identified all the genes expressed in two other SAM cells: niche cells (which are located just beneath the stem cells and which provide signals that regulate the stem cells), and differentiating cells (which are generated by, and surround, the stem cells).
The final product of the researchers' work is a genome-scale, expression map of SAM—an achievement that paves the way to developing better varieties of crops and plants.
Besides revealing the molecular pathways that stem cells employ, the discovery also can help scientists better understand why stem cells—in both plants and animals—give rise to specialized cells at all.
Study results appear online this week in the early edition of the Proceedings of the National Academy of Sciences.
"Our study is the first to reveal the stem-cell signatures for any plant and the first to provide a global view of which genes are expressed, and where, within the SAM," said G. Venugopala Reddy, the lead author of the study and an assistant professor of plant cell biology in the Department of Botany and Plant Sciences. "Since SAM stem-cells are responsible for forming plant organs and determining plant architecture, further analysis of their genes may provide a handle in altering growth rates and growth patterns in economically important crop-species in order to maximize yield."
Reddy stressed that understanding the function and regulation of stem-cell-specific genes is critical to gaining insights into basic questions such as what constitutes stem-cell identity (the ability of cells to remain unspecialized) and what makes them differentiate into specialized cells.
"A comparative analysis of stem-cell-specific genes between plant and animal systems may also lead to a better understanding of stem-cell identity, a concept common to both the systems," he said.
The study breaks ground also in the way Reddy's research team pinned down the stem-cell genes in Arabidopsis.
His lab initially labeled the three different SAM cell types—stem cells, niche cells and differentiating cells—by using different fluorescent proteins. Next, the researchers isolated the three discrete cell populations by first stripping the cell walls to release the cells as free populations. Then, using an instrument called Fluorescence Activated Cell Sorter, they separated each set of cells from the rest of the cell populations.
"Plant biologists have found it difficult to isolate the approximately 35 stem cells in the Arabidopsis shoot system for two main reasons: this is an extremely low number of stem cells and this clump of cells is tightly packed with a waxy coating covering its outer layer," Reddy said. "To meet this challenge, we used specific mutants of Arabidopsis that make more SAMs per plant. In the lab, we also formulated specific combinations of enzymes that efficiently digest away the cell walls."
Reddy explained that the gene expression map his team generated can help researchers track how genes give rise to complex tissues. It also will allow researchers to determine the expression patterns of SAM genes by a mere click of a button on a computer.
"Development of an organ such as SAM is a complex process in which cells constantly exchange information through regulated gene activities," he said. "What we have done so far is to find out which genes are expressed and where. One of the future challenges is to represent the gene expression on actual templates of plant cells, which would generate a dynamic atlas of stem-cell development. Such an atlas can be used to explore how genes function as a network to bring about stem-cell function."
Reddy acknowledged that developing the atlas is a difficult venture, requiring a synthesis of multiple disciplines such as genomics, live-imaging and informatics sciences.
"But our work breaks ground to make this a reality and we have already initiated some work in this direction," he said.
Iqbal Pittalwala | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: www.ucr.edu
Weitere Berichte zu: Arabidopsis thaliana > cell populations > cell walls > crop plants > crop-species > Fluorescence Activated Cell Sorter > molecular composition > molecular pathway > plant cell > plant organs > Science TV > shoot apical meristem > specific gene > stem cells > stem-cell genes > UCR
Stem-cell-growing surface enables bone repair
24.05.2012 | University of Michigan
Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit
24.05.2012 | Institut für Photonische Technologien
Krankheiten wie Parkinson, Alzheimer und bestimmte Krebsformen gehen auf eine fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen im Körper zurück.
Wissenschaftlern des Instituts für Photonische Technologien (IPHT) in Jena ist es erstmals gelungen, Proteinstrukturen auf sub-molekularer Ebene nachzuweisen und spektroskopisch zu analysieren. Ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Krankheitsursachen.
„Bis heute hat man nicht genau verstanden, was die fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen, zum Beispiel im Zusammenhang mit Alzheimer, ...
Die Quantenphysik beschreibt physikalische Vorgänge in Festkörpern und anderen Vielteilchensystemen auch mit Hilfe von Quasiteilchen.
Innsbrucker Physikern um Rudolf Grimm ist es nun erstmals gelungen, ein neues Quasiteilchen - ein repulsives Polaron - in einem Quantengas experimentell zu erzeugen. Die Forscher berichten darüber in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Nature.
Ultrakalte Quantengase sind ein ideales Experimentierfeld, um physikalische Phänomene in Festkörpern zu simulieren. Unter streng kontrollierten Bedingungen ...
Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.
Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.
Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...
Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen
Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...
Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.
Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.
Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...
Anzeige
Anzeige

Energieversorger vor dem Umbruch
24.05.2012 | Studien Analysen
Stem-cell-growing surface enables bone repair
24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit
24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
NieKE Themenforum: Ökonomie - Tierschutz - Lebensmittelsicherheit
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Nachhaltigkeit in der Schifffahrt: Werte vs. Wertschöpfung
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Wissenschaft und Öffentlichkeit
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten