Cellule souche végétale - Plant stem cell
Cellules souches végétales
Les cellules souches végétales sont des cellules indifférenciées de façon innée situées dans les méristèmes des plantes . Les cellules souches végétales sont à l'origine de la vitalité des plantes, car elles se maintiennent tout en fournissant un approvisionnement constant de cellules précurseurs pour former des tissus et des organes différenciés chez les plantes. Deux zones distinctes de cellules souches sont reconnues : le méristème apical et le méristème latéral.
Les cellules souches végétales sont caractérisées par deux propriétés distinctives, qui sont : la capacité de créer tous les types de cellules différenciées et la capacité de s'auto-renouveler de sorte que le nombre de cellules souches soit maintenu. Les cellules souches végétales ne subissent jamais de processus de vieillissement, mais donnent immortellement naissance à de nouvelles cellules spécialisées et non spécialisées, et elles ont le potentiel de se développer dans n'importe quel organe, tissu ou cellule du corps. Ce sont donc des cellules totipotentes dotées de pouvoirs régénératifs qui facilitent la croissance des plantes et la production de nouveaux organes tout au long de la vie.
Contrairement aux animaux, les plantes sont immobiles. Comme les plantes ne peuvent échapper au danger en se déplaçant, elles ont besoin d'un mécanisme spécial pour résister à des stress environnementaux divers et parfois imprévus . Ici, ce qui leur permet de résister aux fortes influences extérieures et de préserver la vie, ce sont les cellules souches. En fait, les plantes comprennent les organismes vivants les plus anciens et les plus grands de la planète, notamment les pins Bristlecone en Californie , aux États-Unis (4 842 ans) et le séquoia géant dans les régions montagneuses de Californie, aux États-Unis (87 mètres de hauteur et 2 000 tonnes de poids) . Ceci est possible parce qu'ils ont un plan de corps modulaire qui leur permet de survivre à des dommages substantiels en initiant la formation continue et répétitive de nouvelles structures et organes tels que des feuilles et des fleurs .
Les cellules souches végétales sont également caractérisées par leur emplacement dans des structures spécialisées appelées tissus méristématiques, qui sont situées dans le méristème apical de la racine (RAM), le méristème apical des pousses (SAM) et le système vasculaire ( (pro)cambium ou méristème vasculaire.)
Recherche et développement
Traditionnellement, on pensait que les cellules souches végétales n'existaient que dans la SAM et la RAM et des études ont été menées sur la base de cette hypothèse. Cependant, des études récentes ont indiqué que le (pro)cambium sert également de niche pour les cellules souches végétales : types cellulaires plus spécialisés.
Le cambium est un type de méristème à parois minces qui existent en petites populations au sein d'une plante. En raison de cette caractéristique structurelle, une fois qu'une force physique lui est appliquée, il est facilement endommagé dans le processus même d'isolement, perdant ses caractéristiques de cellules souches. Malgré 160 ans d'efforts biologiques pour isoler et récupérer les cellules souches végétales, aucun n'a réussi à l'isolement en raison des caractéristiques structurelles distinctes des cellules souches végétales : « [l]e cambium se compose de quelques couches de cellules étroites, allongées et à paroi mince, facilement endommagé lors de l'échantillonnage." Cette caractéristique très vulnérable a rendu les études sur la structure et l' ultrastructure cambiales difficiles à réaliser avec les méthodes conventionnelles. Ainsi, l'incapacité à isoler les cellules souches végétales des tissus méristématiques a incité les scientifiques à administrer une culture de cellules végétales en utilisant des cals (cellules dédifférenciées) comme alternative aux cellules souches végétales.
Les cals , ou cellules dédifférenciées, sont des cellules somatiques qui subissent une dédifférenciation pour donner naissance à des cellules embryogènes totipotentes , qui acquièrent temporairement la capacité de proliférer et/ou de régénérer un embryon . Étant donné que les cellules embryogènes étaient considérées comme des cellules totipotentes sur la base de leur capacité à se régénérer ou à se développer en un embryon dans des conditions données, les cellules dédifférenciées étaient généralement considérées comme des cellules souches végétales : « … nous proposons d'étendre le concept de cellules souches pour inclure les cellules souches embryogènes qui proviennent de cellules somatiques végétales. Nous examinons les similitudes et les différences cellulaires, physiologiques et moléculaires entre les cellules souches méristématiques végétales et les cellules souches embryogènes provenant directement de cellules somatiques uniques.
Cellule souche végétale vs cal
Bien que le cal présente un certain nombre de propriétés similaires à celles des cellules souches pendant une période temporaire et qu'il ait été cultivé pour des composés végétaux utiles en tant que source alternative de cellules souches végétales, le cal et les cellules souches végétales sont fondamentalement différents les uns des autres. Le cal est similaire à la cellule souche végétale dans sa capacité à se différencier, mais les deux sont différents dans leur origine. Alors que les cellules souches végétales existent dans les tissus méristématiques des plantes, le cal est obtenu en tant que réponse temporaire pour guérir les plaies des cellules somatiques.
De plus, le cal subit une dédifférenciation à mesure que les cellules différenciées acquièrent la capacité de se différencier ; mais la variation génétique est inévitable dans le processus car les cellules sont constituées de cellules somatiques indifférenciées provenant d'une plante sujet adulte. Contrairement aux vraies cellules souches, le cal est hétérogène . Pour cette raison, la division cellulaire continue et stable du cal est difficile. Ainsi, une cellule souche végétale issue du cambium est une cellule immortelle tandis que celle du cal est une cellule temporairement dédifférenciée obtenue en stimulant la cellule somatique.
De plus, la capacité de se différencier et de proliférer est différente car les différences entre les cellules souches végétales et les cals sont répandues dans la culture et la recherche. Seules les cellules souches végétales intégrées dans les méristèmes peuvent se diviser et donner naissance à des cellules qui se différencient tout en donnant naissance à de nouvelles cellules souches. Ces cellules immortelles se divisent à l'infini.
Innovation en bioprocédés
Les cellules végétales sont cultivées pour acquérir des composés utiles pour les plantes. Cependant, les cultures cellulaires sont souvent entravées par divers facteurs, en particulier si la culture cellulaire se poursuit à long terme. Cependant, la forte vitalité et les caractéristiques structurelles des cellules souches végétales surmontent les inconvénients antérieurs de la culture de cellules végétales. Ainsi, la culture de cellules souches végétales est la méthode la plus idéale et la plus productive de culture cellulaire et de production phytochimique, car les cellules sont cultivées en masse avec succès tout en maintenant la qualité.
Autres applications
De nombreux médicaments , parfums , pigments , antimicrobiens et insecticides sont dérivés de produits végétaux naturels. Cultured C ambial M eristematic C aunes (CMC) peuvent fournir une source rentable, respectueuse de l' environnement et durable des produits naturels importants, y compris le paclitaxel . Contrairement à la culture des plantes, cette approche n'est pas soumise à l'imprévisibilité causée par la variation des conditions climatiques ou l'instabilité politique dans certaines parties du monde. En outre, les CMC des spécifications de référence peuvent également fournir un outil biologique important pour explorer la fonction des cellules souches végétales.
En 2010, des chercheurs du Plant Stem Cell Institute (anciennement Unhwa Institute of Science and Technology) ont présenté leurs données au monde via Nature Biotechnology. Leurs recherches ont démontré le premier isolement de cellules méristématiques cambiales au monde. En raison des composés précieux et bénéfiques pour la santé humaine (c'est-à-dire le paclitaxel) qui sont sécrétés par les CMC, cette technologie est considérée comme une percée importante dans la biotechnologie végétale.
Voir également
Les références
Lectures complémentaires
- Singh MB, Bhalla PL (mai 2006). "Les cellules souches végétales se taillent leur propre niche". Tendances en sciences végétales . 11 (5) : 241–6. doi : 10.1016/j.tplants.2006.03.004 . PMID 16616580 .
- Weigel D, Jürgens G (février 2002). "Les cellules souches qui font des tiges" . Nature . 415 (6873) : 751-4. Bibcode : 2002Natur.415..751W . doi : 10.1038/415751a . PMID 11845197 . S2CID 9032410 .
- Ivanov VB (octobre 2007). « Le stress oxydatif et la formation et le maintien des cellules souches racinaires ». Biochimie. Biokhimiia . 72 (10) : 1110–4. doi : 10.1134/s0006297907100082 . PMID 18021068 . S2CID 14674628 .
- Müller B, Sheen J (juin 2008). « Interaction de la cytokinine et de l'auxine dans la spécification des cellules souches racinaires au cours de l'embryogenèse précoce » . Nature . 453 (7198) : 1094–7. Bibcode : 2008Natur.453.1094M . doi : 10.1038/nature06943 . PMC 2601652 . PMID 18463635 .
- Neumüller RA, Betschinger J, Fischer A, Bushati N, Poernbacher I, Mechtler K, Cohen SM, Knoblich JA (juillet 2008). "Mei-P26 régule les microARN et la croissance cellulaire dans la lignée de cellules souches ovariennes de drosophile" . Nature . 454 (7201) : 241–5. Bibcode : 2008Natur.454..241N . doi : 10.1038/nature07014 . PMC 2988194 . PMID 18528333 .
- Scheres B (mai 2007). « Niches de cellules souches : comptines à travers les royaumes ». Avis sur la nature. Biologie cellulaire moléculaire . 8 (5) : 345-54. doi : 10.1038/nrm2164 . PMID 17450175 . S2CID 34588810 .
- Éric, Simon ; Campbell, Neil; Reece, Jane (2007). Biologie essentielle avec physiologie . San Francisco, Californie : Pearson Benjamin Cummins. ISBN 9780805368413.
- Staveley BE (10 décembre 2008). "Développement végétal" . Département de biologie. Université Memorial de Terre-Neuve. Archivé de l'original le 30 novembre 2012 . Récupéré le 8 septembre 2017 .