"เราค้นพบวิธีที่ข้าวโพดขยายเนื้อเยื่อคอร์เทกซ์ของมัน ซึ่งประกอบขึ้นเป็นส่วนใหญ่ของระบบรากของพืช การเพิ่มชั้นในเนื้อเยื่อคอร์เทกซ์เป็นคุณลักษณะวิวัฒนาการที่สำคัญซึ่งสร้างวิธีที่พืชสามารถทนต่อความแห้งแล้งและน้ำท่วม และปรับปรุงการดูดซึมสารอาหาร" เคนเน็ธ เบิร์นบาม กล่าว เป็นอาจารย์ในภาควิชามหาวิทยาลัยนิวยอร์กชีววิทยาและศูนย์สำหรับฟังก์ชั่นและระบบชีววิทยาและนักเขียนอาวุโสของกระดาษซึ่งปรากฏในวารสารวิทยาศาสตร์

"ลักษณะเหล่านี้จะเป็นเป้าหมายที่สำคัญเพื่อให้พืชสามารถทนต่อภาวะโลกร้อนและลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ของพืชผล" Birnbaum ซึ่งห้องปฏิบัติการที่ NYU เป็นผู้นำโครงการร่วมกับนักวิจัยที่ Cold Spring Harbor Laboratory และมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนียกล่าวเสริม

ในการสร้างแผนที่เซลล์เดียวของรากข้าวโพด นักวิจัยได้แยกรากออกจากกันโดยใช้เอนไซม์ย่อยที่ผนังเซลล์เพื่อสร้างเซลล์ที่ลอยอิสระเพียงเซลล์เดียว วิธีการใหม่ทำให้พวกเขาสามารถวิเคราะห์เนื้อหา mRNA ของเซลล์แต่ละเซลล์ โดยแยกแยะคุณลักษณะของโมเลกุลที่นำไปสู่เซลล์เฉพาะประเภทที่เฉพาะเจาะจง โดยใช้เทคนิคการเรียงลำดับเซลล์เดียวแบบหยดขนาดเล็ก

จากนั้นพวกเขาก็จับคู่เซลล์กลับไปที่ตำแหน่งของพวกเขาในรากข้าวโพด คล้ายกับการประกอบจิ๊กซอว์ 10,000 ชิ้นโดยไม่มีไกด์ ในการไขปริศนานี้ นักวิจัยได้ใช้สีย้อมเรืองแสงที่แทรกซึมเข้าไปในเนื้อเยื่อรากที่ระดับความลึกที่แปรผันเพื่อติดฉลากและแยกชั้นต่างๆ เช่น การแยกชั้นของหัวหอม ทำให้ยีนเหล่านี้เป็นจุดสังเกตของยีนเพื่อทำแผนที่เซลล์เดียว

Carlos Ortiz Ramirez จาก NYU Center for Genomics กล่าวว่า "ข้อมูลชั้นที่สองนี้ทำให้เรามีกล่องปริศนาที่ช่วยให้เราสามารถจับคู่เซลล์ไปยังตำแหน่งที่เหมาะสมได้อย่างแม่นยำ เพื่อสร้างแบบจำลอง 3 มิติของการแสดงออกของยีนทั่วทั้งรากข้าวโพด" และ Systems Biology และ UGA Laboratorio Nacional de Genómica para la Biodiversidad ในเม็กซิโก ซึ่งเป็นผู้เขียนงานวิจัยรายแรก

แผนที่ใหม่ของรากข้าวโพดเผยให้เห็นถึงความเชี่ยวชาญเฉพาะด้านของเซลล์ที่ไม่ได้ระบุไว้ก่อนหน้านี้ในเยื่อหุ้มสมองของราก คอร์เทกซ์มีความสำคัญเป็นพิเศษเพราะประกอบด้วยรากข้าวโพดจำนวนมากในตอนต้นและมีมากกว่า 10 ชั้น นอกจากนี้ ชนิดย่อยของเซลล์เยื่อหุ้มสมองมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อลักษณะที่ช่วยให้พืชสามารถรับมือกับความเครียดจากสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่น ชั้นคอร์เทกซ์ชั้นในเป็นที่ที่ราชีวภาพแลกเปลี่ยนสารอาหารกับพืช และความร่วมมือที่เพิ่มขึ้นอาจช่วยลดรอยเท้าคาร์บอนของการเกษตรได้ เยื่อหุ้มสมองชั้นกลางสร้างอุโมงค์อากาศที่สามารถแลกเปลี่ยนก๊าซในช่วงน้ำท่วม ในขณะที่การขยายตัวตามความต้องการของเปลือกนอกสามารถลดการสูญเสียน้ำในช่วงฤดูแล้ง

ออร์ติซ รามิเรซ กล่าวว่า "ด้วยการใช้แบบจำลอง 3 มิติของรากข้าวโพดของเรา เราได้ทำแผนที่ลายเซ็นชั้นคอร์เทกซ์สี่ชั้นที่แตกต่างกัน ซึ่งสามารถให้เป้าหมายทางพันธุกรรมที่สำคัญสำหรับการปรับปรุงต่อไปในความสัมพันธ์แบบพึ่งพาอาศัยกัน น้ำท่วม และภัยแล้ง"

นอกจากนี้ กลุ่มยังพบเบาะแสในแผนที่ใหม่ของรูตว่าข้าวโพดสามารถสร้างชั้นนอกของคอร์เทกซ์ได้อย่างไร โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ตัวควบคุมยีนหลักที่เรียกว่าSHORT ROOT (SHR)ซึ่งมีหน้าที่คล้ายคลึงกันในพืชต่างๆ อยู่ในตำแหน่งที่น่าสนใจซึ่งแตกต่างจากพืชชนิดอื่นที่มีเปลือกนอกเพียงชั้นเดียว

ใน Arabidopsis ซึ่งเป็นไม้ดอกขนาดเล็กที่มักใช้เป็นแบบจำลองสิ่งมีชีวิตในชีววิทยาพืชSHRเป็นหนึ่งในปัจจัยการถอดรหัสแรกที่แสดงให้เห็นว่าย้ายจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง ทำให้เซลล์ภายในสามารถให้คำแนะนำแก่ชั้นกลางเพื่อสร้างเนื้อเยื่อใหม่ได้ นั่นทำให้SHRเป็นผู้จัดงานในท้องถิ่นประเภทหนึ่ง นำเนื้อเยื่อรากมารวมกันรอบๆ รูปแบบแกนกลาง อย่างไรก็ตาม ในข้าวโพด แผนที่เซลล์เดียวเปิดเผยว่าSHRอยู่ในตำแหน่งใหม่ถัดจากคอร์เทกซ์หลายชั้น ซึ่งเป็นจุด "กระโดดออก" ที่สะดวกเพื่อขยายชั้นคอร์เทกซ์หลายชั้น อันที่จริง นักวิจัยติดตามการเคลื่อนไหวของโปรตีน SHR และพบว่ามันเป็นไฮเปอร์โมบิลิตี้ ไม่ใช่แค่ชั้นเดียวแต่เคลื่อนที่ผ่านเยื่อหุ้มสมองหลายชั้น

นอกจากนี้ การกลายพันธุ์ที่รบกวนการทำงานของSHRในข้าวโพดและลูกเดือยฟ็อกซ์เทลที่สัมพันธ์กันของข้าวโพดมีจำนวนชั้นคอร์เทกซ์ลดลงอย่างมาก สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าSHRยังคงรักษาบทบาทหลักในการขยายชั้นเนื้อเยื่อและสร้างเอกลักษณ์ของเซลล์ใหม่ได้อย่างไร แต่เปลี่ยนตำแหน่งเพื่อเพิ่มประเภทเซลล์ใหม่ที่ช่วยให้ข้าวโพดสามารถรับมือกับความเครียดจากสิ่งแวดล้อมในท้ายที่สุด

"การระบุSHRมีตัวควบคุมหลักของการขยายตัวของเยื่อหุ้มสมองเป็นขั้นตอนแรกที่สำคัญ" Birnbaum กล่าว "การก้าวไปข้างหน้า การปรับแต่งสารควบคุมเหล่านี้อาจเป็นเครื่องมือในการเปลี่ยนจำนวนชั้นเยื่อหุ้มสมองหรือชนิดย่อยที่อาจเพิ่มความสามารถในการทนต่อแรงกดดันจากสภาพอากาศ เช่น ความแห้งแล้ง หรือปรับปรุงการดูดซึมไนโตรเจน ทำให้พืชใช้ปุ๋ยน้อยลงหรือเติบโตในดินที่มีสารอาหารต่ำ "บาคาร่า สมัครบาคาร่า