در موجودات زنده، رشد ترکیبی از فرآیندهای هماهنگ چندگانه است که در طول دوره رشد در زمان و مکان با هم تعامل دارند. یک نت غلط در سمفونی ظریف می تواند عواقب فاجعه باری داشته باشد. با این حال، آهنگ دقیق این موسیقی بیولوژیکی اغلب برای دانشمندان یک رمز و راز است. یک راه حل استفاده از تکنیک های میکروسکوپی پیشرفته برای مشاهده رشد اندام در زمان واقعی است. چالش این است که چنین رویکردهایی برای نظارت بلندمدت مناسب نیستند. علاوه بر این، آنها می توانند اندام ها را تحت فشار قرار دهند و رشد را مختل کنند.
برای پرداختن به این موضوع، محققان INRAE روش منحصر به فردی را توسعه دادند که آن را برای گیاهان به کار بردند. ابتدا، دانشمندان با تکیه بر گیاهان متعدد، از برگهایی عکس میگیرند که طیفی از مراحل رشد را نشان میدهد. با استفاده از الگوریتمهای هدفمند در این کاتالوگ عکس، میتوان برای هر کدام یک سن تعیین کرد برگ و توسعه را در طول زمان بازسازی کنید. برای کمک به آنها در این کار، محققان از یک برنامه نرمافزار متنباز به نام MorphoLeaf که در سال 2016 با همکاری ENS de Lyon توسعه دادند، بهرهبرداری کردند.
گام بعدی استفاده از روشی برای مستندسازی جامع رشد برگ در گیاه مدل Arabidopsis thaliana بود. در طی چند هفته، دانشمندان برگ های صدها نوع وحشی و سویه های جهش یافته; دومی دارای تغییرات ژنتیکی موثر بود شکل برگ. مزیت اصلی این روش سهولت اجرای آن است: به تجهیزات پیچیده ای نیاز ندارد. در واقع، یک میکروسکوپ استاندارد برای عکسبرداری از مراحل اولیه رشد (اندازه برگ <0.1 میلی متر) و یک اسکنر تخت برای مراحل بعدی رشد (اندازه برگ > 1 سانتی متر) استفاده شد.
https://www.youtube.com/embed/UU2YahNiTpI?color=whiteReconstructing the complete story of leaf development. Credit: INRAE – Jasmine Burguet
این تصاویر داستان دقیقی از رشد برگ را بیان میکردند و نکات کلیدی را در فضا و زمان روشن میکردند که به طور کلی به توسعه بسیار کمک میکردند. قابل توجه، تجزیه و تحلیل نشان داد که گیاهان نوع وحشی و جهش یافته ممکن است مسیرهای رشد اولیه یکسانی داشته باشند که سپس در مراحل بعدی خاص از هم جدا می شوند.
این درک دقیق از توسعه گیاه می تواند استراتژی های آینده برای بهینه سازی رشد گیاه را نشان دهد. رویکرد محققان بسیار انعطافپذیر است و میتواند با هر نوع عضوی از جمله در حیوانات سازگار شود. بنابراین می تواند یک باشد ابزار ارزشمند در مطالعاتی که به دنبال ابهام زدایی از اندام و ارگانیسم است توسعه.
این مطالعه در مجله منتشر شده است زیست شناسی کمی گیاهی.