În organismele vii, dezvoltarea este o combinație de procese multiple coordonate care interacționează în timp și spațiu pe parcursul creșterii. O notă falsă în simfonia delicată poate avea consecințe catastrofale. Cu toate acestea, scorul precis al acestei muzici biologice este adesea un mister pentru oamenii de știință. O soluție este utilizarea tehnicilor avansate de microscopie pentru a observa creșterea organelor în timp real. Provocarea este că astfel de abordări nu sunt potrivite pentru monitorizarea pe termen lung. În plus, pot stresa organele, perturbând dezvoltarea.
Pentru a aborda această problemă, cercetătorii INRAE au dezvoltat o metodă unică pe care au aplicat-o plantelor. În primul rând, bazându-se pe numeroase plante individuale, oamenii de știință fotografiază frunze reprezentând gama de stadii de dezvoltare. Aplicând algoritmi țintiți acestui catalog foto, este posibil să atribuiți o vârstă fiecăruia frunze și reconstruiți dezvoltarea în timp. Pentru a-i ajuta în această sarcină, cercetătorii exploatează un program software open-source — MorphoLeaf — pe care l-au dezvoltat în 2016 în colaborare cu ENS de Lyon.
Următorul pas a fost utilizarea metodei pentru a documenta în mod cuprinzător dezvoltarea frunzelor la planta model Arabidopsis thaliana. Pe o perioadă de câteva săptămâni, oamenii de știință au colectat frunze de la sute de specii sălbatice și tulpini mutante; acesta din urmă a avut modificări genetice care afectează forma frunzei. Un avantaj major al acestei metode este ușurința sa de implementare: nu necesită echipament sofisticat. Într-adevăr, un microscop standard a fost folosit pentru a fotografia etapele anterioare de dezvoltare (dimensiunea frunzei < 0.1 mm) și a fost folosit un scaner plat pentru etapele ulterioare de dezvoltare (dimensiunea frunzei > 1 cm).
https://www.youtube.com/embed/UU2YahNiTpI?color=whiteReconstructing the complete story of leaf development. Credit: INRAE – Jasmine Burguet
Imaginile au spus o poveste precisă a dezvoltării frunzelor, clarificând puncte cheie din spațiu și timp care contribuie foarte mult la dezvoltarea în general. În special, analiza a arătat că plantele de tip sălbatic și mutante pot avea traiectorii de dezvoltare timpurie identice, care apoi diverge în stadii ulterioare specifice.
Această înțelegere detaliată a dezvoltării plantelor poate informa strategiile viitoare pentru optimizarea creșterii plantelor. Abordarea cercetătorilor este extrem de flexibilă și poate fi adaptată oricărui tip de organ, inclusiv la animale. Ar putea fi astfel o instrument valoros în studiile care urmăresc demistificarea organelor și organismelor dezvoltare.
Studiul este publicat în revista Biologie cantitativă a plantelor.