معلومة

11.10: نمو الساق - علم الأحياء

11.10: نمو الساق - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يحدث النمو في النباتات عندما تطول السيقان والجذور. يشار إلى الزيادة في طول اللقطة والجذر باسم النمو الأولي، وهي نتيجة انقسام الخلية في النسيج الإنشائي القمي. النمو الثانوي يتميز بزيادة سمك أو محيط النبات ، وينتج عن انقسام الخلايا في النسيج الإنشائي الجانبي. النمو الثانوي أو "الخشب" ملحوظ في النباتات الخشبية ؛ يحدث في بعض dicots ، لكنه نادرًا ما يحدث في monocots.

تستمر بعض أجزاء النبات ، مثل السيقان والجذور ، في النمو طوال حياة النبات: وهي ظاهرة تسمى النمو غير المحدد. تظهر أجزاء النبات الأخرى ، مثل الأوراق والزهور ، نموًا محددًا ، والذي يتوقف عندما يصل جزء من النبات إلى حجم معين.

النمو الأولي

يحدث معظم النمو الأولي عند قمم أو أطراف السيقان والجذور. النمو الأولي هو نتيجة الانقسام السريع للخلايا في النسيج الإنشائي القمي عند طرف الجذع وطرف الجذر. يساهم استطالة الخلية اللاحقة أيضًا في النمو الأولي. يتيح نمو البراعم والجذور أثناء النمو الأولي للنباتات البحث باستمرار عن الماء (الجذور) أو أشعة الشمس (البراعم).

يُعرف تأثير البرعم القمي على النمو الكلي للنبات باسم الهيمنة القمية ، والتي تقلل من نمو البراعم الإبطية التي تتشكل على طول جوانب الفروع والسيقان. تظهر معظم الأشجار الصنوبرية هيمنة قمي قوية ، وبالتالي تنتج شكل شجرة عيد الميلاد المخروطي النموذجي. إذا تمت إزالة البرعم القمي ، فإن البراعم الإبطية ستبدأ في تكوين فروع جانبية. يستفيد البستانيون من هذه الحقيقة عندما يقومون بتقليم النباتات عن طريق قطع قمم الفروع ، وبالتالي تشجيع البراعم الإبطية على النمو ، مما يمنح النبات شكلًا كثيفًا.

شاهد فيديو بي بي سي نيتشر هذا الذي يوضح كيف يلتقط التصوير الفوتوغرافي بفاصل زمني نمو النبات بسرعة عالية.

النمو الثانوي

ترجع الزيادة في سماكة الساق الناتجة عن النمو الثانوي إلى نشاط النسيج الإنشائي الجانبي ، الذي يفتقر إلى النباتات العشبية. تشمل الإنشائات الجانبية الكامبيوم الوعائي وفي النباتات الخشبية ، كامبيوم الفلين (انظر الشكل 1).

يقع الكامبيوم الوعائي خارج نسيج الخشب الأساسي مباشرةً وإلى داخل اللحاء الأساسي. تنقسم خلايا الكامبيوم الوعائي وتشكل نسيج الخشب الثانوي (القصبات وعناصر الأوعية) إلى الداخل ، واللحاء الثانوي (عناصر الغربال والخلايا المرافقة) إلى الخارج. يعود سماكة الساق التي تحدث في النمو الثانوي إلى تكوين اللحاء الثانوي والخشب الخشبي الثانوي بواسطة كامبيوم الأوعية الدموية ، بالإضافة إلى عمل كامبيوم الفلين ، الذي يشكل الطبقة الخارجية الصلبة للساق. تحتوي خلايا نسيج الخشب الثانوي على مادة اللجنين ، والتي توفر الصلابة والقوة.

في النباتات الخشبية ، يعتبر كامبيوم الفلين هو النسيج الإنشائي الجانبي الأبعد. ينتج خلايا الفلين (اللحاء) التي تحتوي على مادة شمعية تعرف باسم السوبرين والتي يمكنها صد الماء. يحمي اللحاء النبات من التلف المادي ويساعد في تقليل فقد الماء. ينتج كامبيوم الفلين أيضًا طبقة من الخلايا تعرف باسم فيلودرم ، والتي تنمو إلى الداخل من الكامبيوم. ويطلق على كامبيوم الفلين وخلايا الفلين والفلوديرم مجتمعة اسم محيط الأدمة. بدائل الأدمة المحيطة بالبشرة في النباتات الناضجة. في بعض النباتات ، تحتوي الأدمة المحيطة على العديد من الفتحات المعروفة باسم العدس، والتي تسمح للخلايا الداخلية بتبادل الغازات مع الغلاف الجوي الخارجي (الشكل 2). هذا يوفر الأكسجين للخلايا الحية والنشطة الأيضية في القشرة والخشب واللحاء.

حلقات سنوية

يؤدي نشاط الكامبيوم الوعائي إلى ظهور حلقات نمو سنوية. خلال موسم النمو الربيعي ، يكون لخلايا نسيج الخشب الثانوي قطر داخلي كبير ولا تتكاثف جدرانها الخلوية الأولية على نطاق واسع. يُعرف هذا باسم الخشب المبكر ، أو خشب الربيع. خلال فصل الخريف ، يطور نسيج الخشب الثانوي جدران خلوية سميكة ، مكونة خشبًا متأخرًا ، أو خشب الخريف ، وهو أكثر كثافة من الخشب القديم. هذا التناوب بين الخشب المبكر والمتأخر يرجع إلى حد كبير إلى الانخفاض الموسمي في عدد عناصر الأوعية والزيادة الموسمية في عدد القصبات. ينتج عنه تكوين حلقة سنوية ، والتي يمكن رؤيتها على أنها حلقة دائرية في المقطع العرضي للساق (الشكل 3). يمكن أن يكشف فحص عدد الحلقات السنوية وطبيعتها (مثل حجمها وسمك جدار الخلية) عن عمر الشجرة والظروف المناخية السائدة خلال كل موسم.


النمو وهرمونات النبات

تبدأ جميع الكائنات الحية بنفس الشكل: كخلية واحدة. ستنقسم هذه الخلية وستستمر الخلايا الناتجة في الانقسام والتمايز إلى خلايا ذات أدوار مختلفة للقيام بها داخل الكائن الحي. هذه هي الحياة والنباتات لا تختلف. يمكن أن يكون نمو النبات محددًا أو غير محدد ، مما يعني أن بعض النباتات سيكون لها دورة نمو ، ثم توقف النمو ، وانهيار الأنسجة ثم الموت (فكر في نبات الفجل أو نبات الطماطم) في حين أن البعض الآخر (فكر في شجرة أرز عملاقة) ) ستنمو وتبقى نشطة لمئات السنين. نبات الطماطم يمكن التنبؤ به إلى حد ما ويقال أنه يحدد النمو ، في حين أن شجرة الأرز لديها إمكانات نمو غير محددة. يشير التطور إلى نمو الخلايا وتمايزها إلى أنسجة وأعضاء وأنظمة عضوية. كل هذا مرة أخرى يبدأ بخلية واحدة.


آلية جديدة وراء نشاط الخلايا الجذعية المستمر في النباتات

صورة: (أرجواني = خلايا نسيج خشبي ، أخضر = خلايا لحاء ، أزرق = خلايا جذعية وعائية). A. تطور الأوعية الدموية أثناء النمو الثانوي للنبات. B. نظام زراعة الخلايا الوعائية "VISUAL". C. الأوعية الدموية المُنشأة. عرض المزيد

ائتمان: Furuya et al. ، 2021 ، الخلية النباتية.

نجحت مجموعة بحثية مشتركة بين الجامعات في بناء شبكة التعبير الجيني وراء عملية تطور الأوعية الدموية في النباتات. لقد حققوا ذلك عن طريق إجراء تحليل المعلومات الحيوية باستخدام منصة زراعة الأنسجة "المرئية" (* 1) ، والتي تولد الخلايا الجذعية الوعائية (* 2) من الخلايا الورقية. في هذه الشبكة ، اكتشفوا أيضًا عامل نسخ BES / BZR جديدًا (* 3) ، BEH3 ، الذي ينظم الخلايا الجذعية الوعائية. بالإضافة إلى ذلك ، قاموا بإلقاء الضوء على نظام جديد لصيانة الخلايا الوعائية حيث يتنافس BEH3 مع عوامل النسخ الأخرى من نفس عائلة BES / BZR من أجل تثبيت تكاثر الخلايا الجذعية الوعائية وتمايزها.

تألفت مجموعة البحث المشتركة من الباحثة العلمية FURUYA Tomoyuki والأستاذ المساعد KONDO Yuki et al. (من كلية الدراسات العليا بجامعة كوبي) ، والبروفيسور ساتاكي أكيكو بجامعة كيوشو ، والبروفيسور تانوكورا ماسارو المعين بشكل خاص والأستاذ المساعد المعين بشكل خاص مياكاوا تاكويا (من كلية الدراسات العليا للعلوم الزراعية والحياة بجامعة طوكيو) ، والأستاذ المساعد ياموري واتارو (من جامعة طوكيو). معهد جامعة طوكيو لخدمات النظم الإيكولوجية الزراعية المستدامة).

يأمل الباحثون في تحديد المزيد من العوامل التنظيمية للخلايا الجذعية ، والتي ستساهم في فهمنا للأساس الجزيئي وراء نشاط الخلايا الجذعية المستمر في النباتات.

تم نشر نتائج البحث هذه في مجلة علوم النبات الأمريكية الخلية النباتية في 1 يونيو 2021.

  • استخرج الباحثون ما مجموعه 394 جينًا خاصًا بالخلايا الجذعية الوعائية من مجموعات بيانات واسعة النطاق للتعبير الجيني. من بين هؤلاء ، اكتشفوا BEH3 ، وهو عامل تنظيمي جديد للخلايا الجذعية ينتمي إلى عائلة BES / BZR لعوامل النسخ.
  • اكتشفوا أنه على عكس عوامل النسخ BES / BZR الأخرى ، فإن BEH3 ليس له مجالات وظيفية تقريبًا ويثبط بشكل تنافسي نشاط هذه العوامل الأخرى.
  • أظهرت مجموعة البحث أن هذه العلاقة التنافسية بين عوامل النسخ BES / BZR تعمل على استقرار تكاثر الخلايا الجذعية الوعائية وتمايزها ، مما يضيء النظام التنظيمي الذي يحافظ على النشاط المستمر للخلايا الجذعية الوعائية.

تتشكل النباتات عن طريق التكاثر الذاتي لخلاياها الجذعية وتمييز هذه الخلايا الجذعية بحيث يكون لها وظائف متخصصة لبناء أجزاء من النبات ، مثل أعضائه وأنسجته. على عكس الحيوانات ، تستمر النباتات في التجدد والنمو عن طريق إنتاج الخلايا الجذعية طوال حياتها. على سبيل المثال ، يمكن لأشجار مثل الكريبتوميريا أن تتمتع بعمر طويل (شجرة جومون سيدار في جزيرة ياكوشيما اليابانية يبلغ عمرها 2000 عام على الأقل) ، وكل عام تعزز النمو الثانوي الذي ينتج عنه حلقة شجرة أخرى حول جذوعها. يحدث هذا النمو الثانوي داخل منطقة من الأنسجة الإنشائية تسمى طبقة الكامبيوم حيث تتكاثر الخلايا الجذعية الوعائية وتتمايز إلى خلايا نسيج الخشب (* 4) وخلايا اللحاء (* 5) ، مما يمكّن الجذع من النمو على نطاق أوسع. بمعنى آخر ، يجب أن ينتج النبات الخلايا الجذعية الوعائية باستمرار طوال حياتهم من أجل الاستمرار في النمو ، ومن الضروري بالنسبة لهم الحفاظ على التوازن بين تكاثر الخلايا الجذعية والتمايز.

في السنوات الأخيرة ، تم إجراء دراسات باستخدام نموذج النبات نبات الأرابيدوبسيس thaliana تم إجراؤها في كيفية تنظيم تكاثر الخلايا الجذعية وتمايزها من منظور علم الوراثة وعلوم الحياة والبحوث المعلوماتية. ومع ذلك ، فإن الآلية التي تنظم بها النباتات وتحافظ على التوازن المناسب للخلايا الجذعية لم يتم فهمها بعد.

منهجية البحث والنتائج

من أجل تحليل العملية التي يتم من خلالها تمايز الخلايا الجذعية الوعائية إلى خلايا نسيج الخشب وخلايا اللحاء (الشكل 1) ، طورت المجموعة البحثية البروفيسور المشارك كوندو وزملاؤه نظام زراعة الأنسجة "المرئي" لتوليد الخلايا الجذعية بشكل مصطنع من الخلايا الورقية. تتمتع VISUAL بالعديد من الفوائد التي تجعلها مناسبة للبحث في الخلايا الجذعية الوعائية ، على سبيل المثال ، من السهل التحليل الجيني للنباتات التي تمت إزالة وظيفة جينية معينة منها (مثل الطفرات) ومن الممكن أيضًا مراقبة التقدم الزمني للخلايا الجذعية الوعائية التفاضل. في هذه الدراسة ، جمع الباحثون بيانات عن طفرات متعددة وأجروا تحليلات واسعة النطاق للتعبير الجيني في نقاط زمنية مختلفة. أجروا تحليل شبكة التعبير الجيني المشترك (* 6) حول أوجه التشابه في أنماط التعبير لتقييم العلاقة بين الجينات المختلفة. من هذا التحليل ، نجحوا في تحديد المجموعات المميزة للجينات في خلايا نسيج الخشب وخلايا اللحاء والخلايا الجذعية الوعائية (الشكل 1). باستخدام VISUAL ، كشفت مجموعة البحث هذه سابقًا أن عوامل النسخ BES / BZR BES1 و BZR1 تلعبان دورًا مهمًا في تمايز الخلايا الجذعية الوعائية. هذه المرة ، حددوا عامل نسخ BES / BZR آخر ، BEH3 ، في مجموعة جينات الخلايا الجذعية الوعائية من خلال تحليل الشبكة ، وفحصوا أيضًا وظيفة تثبيط الخلايا الجذعية الوعائية.

بعد ذلك ، قام الباحثون بالتحقيق في تكوين الأوعية الدموية باستخدام طفرات مع إزالة وظيفة BEH3. وجدوا أن الطفرات لها اختلافات كبيرة في حجم الأوعية الدموية مقارنة بالنوع البري (نبات غير متحور) وخلصوا إلى أن BEH3 يعمل على استقرار الخلايا الجذعية الوعائية. وجدت مجموعة البحث سابقًا أن تقوية وظيفة BES1 (التي تعزز تمايز الخلايا الوعائية) تسببت في انخفاض عدد خلايا الأوعية الدموية ، لكنهم وجدوا أنه عندما عززوا وظيفة BEH3 حدث العكس وزاد عدد الخلايا الجذعية الوعائية. عند البحث في هذا الأمر بشكل أكبر ، اكتشفت مجموعة البحث أنه على الرغم من أن BEH3 يمكن أن يرتبط بنفس شكل الحمض النووي (* 7 ، شكل BRRE) مثل عوامل النسخ BES / BZR الأخرى ، فإن قدرة BEH3 على تنظيم التعبير عن جينات المصب كانت أضعف بشكل ملحوظ. أظهرت هذه النتائج أن BEH3 يعيق نشاط عوامل نسخ BES / BZR الأخرى (الشكل 2) ، واستنتج الباحثون من هذه العلاقة أن وظيفة BEH3 في الخلايا الجذعية الوعائية تتعارض مع العوامل في نفس العائلة ، بما في ذلك BES1. تم استخدام نموذج رياضي للتحقق ومحاكاة هذه العلاقة التنافسية بين BEH3 وعوامل النسخ BES / BZR الأخرى ، وأشارت النتائج إلى أن وجود BEH3 في الخلايا الجذعية الوعائية يساهم في استقرار حجم الأوعية الدموية (الشكل 3).

يُعتقد أن هناك العديد من الجينات المرشحة المهمة في شبكة التعبير الجيني للخلايا الجذعية الوعائية لهذه المجموعة البحثية والتي ستساهم في فهم تطور الأوعية الدموية ووظائفها. من المأمول أن المعلومات القيمة التي تم الحصول عليها من خلال هذه الدراسة سوف تسرع أبحاث الأوعية الدموية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن إلقاء المزيد من الضوء على العلاقات بين BEH3 وعوامل نسخ BES / BZR الأخرى والاختلافات الخاصة بها ستعمل على تعميق فهمنا للآلية التي تحافظ بها النباتات على التوازن بين تكاثر الخلايا الجذعية والتمايز.

في المستقبل ، يمكن أن تساهم هذه المعرفة في تقنيات إنتاج الكتلة الحيوية ، وغيرها من المجالات التي تتطلب نموًا مستقرًا للنباتات على نطاق واسع.

يرمز VISUAL إلى "نظام زراعة الخلايا الوعائية باستخدام أوراق نبات الأرابيدوبسيس". إنه نظام زراعة في المختبر ، والذي يسمح باستحثاث الخلايا الوعائية بسهولة.

2. الخلايا الجذعية الوعائية:

في الدرنات والجذور النباتية ، تصبح هذه الخلايا الجذعية خلايا في نسيج الخشب واللحاء التي تشكل الحزم الليفية الوعائية. يشكلون الكامبيوم ، وهي طبقة من الأنسجة البائسة بين نسيج الخشب واللحاء.

3. عوامل النسخ BES / BZR:

عائلة من البروتينات تسمى عوامل النسخ التي تنظم التعبير الجيني. تم العثور على عائلة عامل النسخ المحدد هذه فقط في النباتات وتم العثور على ما مجموعه ستة أعضاء في نبات Arabidopsis thaliana. تلعب هذه العوامل أيضًا أدوارًا مهمة خارج تطور الأوعية الدموية لأنها تستجيب أيضًا لهرمون النبات brassinosteriod.

الخلايا التي تتكون منها نسيج الخشب. يتكون النسيج الخشبي من أوعية (ترسل المياه والمعادن التي تمتصها الجذور إلى براعم النبات وأوراقه فوق الأرض) وألياف نسيج الخشب (التي تدعم جذع النبات) من بين عناصر أخرى.

الخلية الرئيسية في أنسجة اللحاء. يتكون اللحاء من خلايا اللحاء التي تنقل العناصر الغذائية العضوية مثل منتجات التمثيل الضوئي والخلايا المصاحبة التي تساعد في هذه العملية.

6. تحليل شبكة التعبير الجيني المشترك:

تُستخدم بيانات التعبير على نطاق واسع لأنواع متعددة من آلاف الجينات (بما في ذلك المتحولة والزمانية) لتحديد مدى تشابه أنماط التعبير لكل جين مع بعضها البعض. تتيح هذه الطريقة تصور العلاقات بين الجينات بناءً على تشابه أنماط تعبيرها.

يشير هذا إلى نمط تسلسل DNA محدد يتكون من قواعد عديدة في منطقة لتنظيم التعبير الجيني. ترتبط عوامل النسخ بالحمض النووي اعتمادًا على التسلسل المحدد ، وبالتالي تنظم نسخ الجينات.

تم إجراء هذا البحث بشكل أساسي في جامعة كوبي بدعم من جامعة طوكيو وجامعة كيوشو. حصلت على التمويل التالي:

تمنح JSPS KAKENHI (أرقام المنح JP 17H05008 و JP 20K15815 إلى Kondo Yuki ، ومنح الأرقام JP 19K21189 و JP 20K15813 إلى Furuya Tomoyuki).

JSPS / MEXT البحث العلمي في المناطق المبتكرة "الخلايا الجذعية النباتية متعددة القدرات" (الباحث المشارك كوندو يوكي ، JP 17H06476)

JSPS / MEXT البحث العلمي حول "دورات وتعديلات" المجالات المبتكرة (الباحث الرئيسي كوندو يوكي ، JP 20H05407)

عنوان: "تحليل شبكة التعبير الجيني المشترك يحدد BEH3 كعامل استقرار لتطور الأوعية الدموية الثانوية في نبات الأرابيدوبسيس" DOI: 10.1093 / بلسيل / كوب 151

المؤلفون: Tomoyuki Furuya و Masato Saito و Haruka Uchimura و Akiko Satake و Shohei Nosaki و Takuya Miyakawa و Shunji Shimadzu و Wataru Yamori و Masaru Tanokura و Hiroo Fukuda و Yuki Kondo * (* المؤلف المقابل)

  • تومويوكي فورويا (باحث علمي ، كلية الدراسات العليا للعلوم ، جامعة كوبي) (باحث معين ، كلية الدراسات العليا للعلوم ، جامعة طوكيو *)
  • ماساتو سايتو (باحث معين ، كلية الدراسات العليا للعلوم ، جامعة طوكيو *)
  • Haruka Uchimura (طالبة ماجستير ، كلية الدراسات العليا للعلوم ، جامعة طوكيو *)
  • أكيكو ساتاكي (أستاذ ، كلية العلوم ، جامعة كيوشو)
  • شوهي نوساكي (باحث معين ، كلية الدراسات العليا للزراعة وعلوم الحياة ، جامعة طوكيو *)
  • تاكويا مياكاوا (أستاذ مشارك في المشروع ، كلية الدراسات العليا للزراعة وعلوم الحياة ، جامعة طوكيو)
  • شونجي شيمادزو (طالب دكتوراه ، كلية الدراسات العليا للعلوم ، جامعة طوكيو) (بحث خاضع للإشراف ، كلية الدراسات العليا للعلوم ، جامعة كوبي)
  • واتارو ياموري (أستاذ مشارك ، معهد خدمات النظم الإيكولوجية الزراعية المستدامة ، كلية الدراسات العليا للعلوم الزراعية والحياة ، جامعة طوكيو) (أستاذ مشارك ، كلية الدراسات العليا للعلوم ، جامعة طوكيو *)
  • Masaru Tanokura (باحث معين ، كلية الدراسات العليا للزراعة وعلوم الحياة ، جامعة طوكيو)
  • هيرو فوكودا (أستاذ ، كلية علوم البيئة الحيوية ، جامعة كيوتو للعلوم المتقدمة) (أستاذ ، كلية الدراسات العليا للعلوم ، جامعة طوكيو *)
  • يوكي كوندو (أستاذ مشارك ، كلية الدراسات العليا للعلوم ، جامعة كوبي) (أستاذ مساعد ، كلية الدراسات العليا للعلوم ، جامعة طوكيو *)

* وقت البحث / الوظيفة السابقة.

مجلة: الخلية النباتية

تنصل: AAAS و EurekAlert! ليست مسؤولة عن دقة النشرات الإخبارية المرسلة على EurekAlert! من خلال المؤسسات المساهمة أو لاستخدام أي معلومات من خلال نظام EurekAlert.


التشريح العقدي للنباتات (مع المخططات) | علم النبات

تقدم المقالة المذكورة أدناه نظرة عامة على التشريح العقدي للنباتات. بعد قراءة هذا المقال سوف تتعرف على: 1. تشريح العقد في آثار الأوراق وفجوات الأوراق 2. التشريح العقدي في جذع القمح (المونوكوت) 3. تتبعات الفروع وفجوات الفروع 4. سد فجوات الأوراق.

تشريح العقد في آثار الأوراق وفجوات الأوراق:

تبادل لاطلاق النار يحمل العقد & # 8217 و interodes. في كل عقدة ، تنحرف أجزاء من نظام الأوعية الدموية في الورقة ، التي تعلق في هذه العقدة. تسمى الحزمة الوعائية الموجودة في الساق ولكنها مرتبطة مباشرة بالورقة ، لتمثيل الجزء السفلي من الإمداد الوعائي لهذه الورقة ، بأثر الورقة.

يتم تعريف أثر الأوراق على النحو التالي - تتبع الأوراق عبارة عن حزمة وعائية تربط نظام الأوعية الدموية للورقة مع الجذع. يمتد أثر الورقة بين قاعدة الورقة والنقطة التي يتم فيها دمجها تمامًا مع أجزاء أخرى من نظام الأوعية الدموية في الساق. قد يترافق أثر ورقة واحد أو أكثر مع كل ورقة.

في تبادل لاطلاق النار من pteropsid (نباتات البذور والسراخس) حيث يتباعد أثر الورقة إلى ورقة ، يبدو كما لو أن فتحة وفتحة الأسطوانة الوعائية للساق تنحرف إلى جانب واحد. مباشرة فوق الأثر المتشعب ، يتم تمييز نسيج متني بدلاً من أنسجة الأوعية الدموية في منطقة الأوعية الدموية للساق لمسافة محدودة.

تسمى مناطق متني-ماتوس في نظام الأوعية الدموية للساق ، والتي تقع بشكل محوري من آثار الأوراق المتباينة ، فجوات الأوراق أو الثغرات. في الواقع هذه الفجوات ليست فواصل في استمرارية نظام الأوعية الدموية للمحور. تحدث الوصلات الجانبية بين الأنسجة فوق وتحت الفجوة. في المقاطع العرضية للمحور على مستوى فجوة الورقة ، تشبه الفجوة منطقة بين الحزم.

الفجوات واضحة تمامًا في السراخس وكاسيات البذور حيث يشكل نظام الأوعية الدموية في الأجزاء بين العقد من الجذع أسطوانة متواصلة إلى حد ما. في بعض السراخس ، تكون الأوراق مزدحمة للغاية بحيث تتداخل الفجوات المتكونة في العقد المتعاقبة مع بعضها البعض وتبدو أسطوانة الأوعية الدموية متشظية للغاية.

تُظهر المقاطع المستعرضة لهذه السيقان دائرة من الحزم الوعائية مع فجوات الأوراق المتنيّة. في بعض السراخس وعاريات البذور ومعظم كاسيات البذور ، يتكون الجهاز الوعائي من خيوط مفاغرة. في مثل هذه الحالات ، تصبح الحمة التي تحدث فوق أثر الأوراق المتشعبة متجمعة مع المناطق البينية ، وبالتالي يصبح التعرف على الفجوات غير مؤكد.

هناك ثلاثة أنواع شائعة من العقد في ثنائية الفلقة. تُعرف العقدة ذات الفجوة المفردة والتتبع الفردي للورقة باسم العقدة ذات الثلاث فجوات وثلاثة آثار للورقة (متوسط ​​واحد واثنتان جانبيتان) وتُعرف العقدة التي بها العديد من الفجوات والآثار إلى تُعرف الورقة باسم mult-lacunar.

المفهوم الأكثر قبولًا هو أن حالة ثلاثية الفصوص هي حالة بدائية في ثنائية الفلقة وأن أحاديًا و متعدد الجوبيات قد اشتُق منها. تمتلك العديد من النباتات أحادية الفلقة أوراقًا ذات قواعد مغلفة وعُقد مع عدد كبير من آثار الأوراق التي يتم إدخالها بشكل منفصل حول الساق.

في السراخس ، يختلف عدد آثار الورقة من واحد إلى عدة ، لكنها ترتبط دائمًا بفجوة واحدة. في عاريات البذور ، تكون العقدة أحادية القمر شائعة.

يُعتقد أن علاقات تتبع الأوراق في العقد ذات أهمية في علم الوراثة ، وبالتالي ، فإن علم التشريح العقدي يهتم بدراسة علم النظم وتطور نسج كاسيات البذور.

تشريح العقدي في جذع القمح (Monocot):

في جذع القمح ، يكون مسار الحزم الوعائية من خلال الجزء الداخلي وغمد الأوراق متوازيًا تقريبًا. بالقرب من العقدة ، يكون غمد الورقة سميكًا إلى حد كبير ويبلغ أقصى سمك له أعلى بقليل من اتحاده مع الساق.

من ناحية أخرى ، يكون للساق أصغر قطر فوق التقاطع مع غمد الورقة. الجذع مجوف في الجزء الداخلي وصلب عند العقدة. يظل الغمد مفتوحًا على جانب واحد عند مستويات أعلى ، بالقرب من العقدة. توجد أغطية حزمة متراصة ضخمة في حزم غمد الأوراق.

أسفل تقاطع غمد الورقة والجذع ، تمتد آثار الأوراق الأصغر في الجزء المحيطي من المحور ، وتصبح آثار الأوراق الأكبر جزءًا من الأسطوانة الداخلية للخيوط.

تفترض الحزم بين العقدة الموجودة فوق إدخال الورقة ، فوق العقدة مباشرة ، مسارًا أفقيًا ومائلًا (الشكل 38.7 ج ، د) ، ويتم إعادة توجيهها نحو موضع أكثر طرفية في العقدة وأسفلها (الشكل 38.7 د ، ه).

هذه الحزم الأفقية والمائلة تتفرع وتتحد بشكل مختلف ، ويقل عددها. تشكل آثار الأوراق الكبيرة والحزم من الجزء الداخلي فوق إدخال الورقة الأسطوانة الداخلية لحزم الجزء السفلي التالي الداخلي (الشكل 38.7 هـ).

في هذه الأسطوانة ، ما يقرب من نصف الحزم عبارة عن آثار أوراق من أقرب ورقة أعلاه والنصف الآخر من الحزم من الجزء الداخلي فوق إدخال الورقة (الشكل 38.7 هـ). الحزم الطرفية هي في الغالب آثار أوراق. أكثر سمات السيقان وضوحا هو وجود حزم عرضية في مناطق العقد.

تشريح العقدي في آثار الفروع وفجوات الفروع:

يُشتق الإمداد الأولي للأوعية الدموية للفروع الجانبية أيضًا من نظام الأوعية الدموية للمحور الرئيسي ، عادةً في شكل حزمتين ، أقل في كثير من الأحيان ، حزمة واحدة. تُعرف هذه الخيوط باسم آثار فرع أو آثار متفرعة (Eames and Mac Daniels ، 1947).

عادةً ما يكون للفلقتين وعاريات البذور أثران فرعيان يربطان نظام الأوعية الدموية للفرع بالجذع الرئيسي. في أحادي الفلقة ، يتكون اتصال اللقطة الإبطية مع الجذع الرئيسي من العديد من الخيوط.

يتم تمديد آثار الفرع داخل المحور الرئيسي ويتم ربط الزوائد معًا بواسطة نظام الأوعية الدموية الأساسي.

عندما يمتلك الفرع أثرين ، تتحد هذه الحزم ضمن مسافة قصيرة ، وتشكل أسطوانة وعائية كاملة عند حدوث أثر واحد ، وعادة ما تمتلك هذه الخصلة الشكل المقطعي لهيكل على شكل حذاء حصان مع الفتحة لأسفل ، والأسطوانة الوعائية يتكون الفرع من إغلاق الفتحة مع خروج آثار الفرع.

في معظم نباتات الأوعية الدموية ، يرتبط الممر الخارجي لأثر فرع بتشكيل كسر في أسطوانة الأوعية الدموية حول نقطة انطلاق الأثر وفوقها. يُعرف هذا الفتح باسم فجوة الفرع ، والذي يصاحب دائمًا تتبع الفرع.

توجد فجوات في الفروع في جميع النباتات الوعائية التي تمتلك اللب. ومع ذلك ، في البروتستيلات لا تحدث الفجوات بسبب عدم وجود لب. عادة ما تكون فجوات الفروع أقل من فجوات الأوراق وتمتد لمسافات أكبر في المحور.

تشريح العقد - سد الفجوات الورقية:

السمات التي تميز البنية العقدية لا تدوم في الجسم الثانوي. يتطور الكامبيوم في حمة فجوة الأوراق ويشكل أنسجة وعائية مستمرة مع تلك المجاورة للفجوة. تُعرف هذه الظاهرة بسد الفجوة.

تعد خلايا الحمة بالقرب من هامش الفجوة هي أول خلايا تتحول إلى كامبيوم وتتغير تلك الموجودة في الجزء الداخلي لاحقًا. تحدث هذه العملية تدريجيًا ، ويتم الحفاظ على حمة الفجوة على هذا النحو داخل الجسم الثانوي حتى يتم تمييز الكامبيوم في جميع أنحاء العرض المماسي للفجوة.

في تتبع الورقة نفسها ، تحدث تغييرات معقدة أثناء النمو الثانوي. يتم دفن النسيج الخشبي الأساسي بواسطة الأنسجة الثانوية بينما يتم دفع اللحاء إلى الخارج. يتباعد الجزء العلوي من الأثر إلى الخارج ويعبر مستوى الكامبيوم. ينتج جزء الكامبيوم الذي يفرق فوق الأثر في منطقة الفجوة نسيجًا وعائيًا بين الأثر والأسطوانة الوعائية.

هذا النسيج الذي يزداد حجمه يمارس ضغطًا على الأثر ويؤدي في النهاية إلى تمزقه. يتم ملء الكسر بحمة يتم تغييرها إلى كامبيوم وتربط كامبيوم الجزء السفلي من الأثر مع ذلك المتكون في الفجوة. بعد أن يتكون هذا الكمبيوم من بعض الأنسجة الثانوية ، تصبح نهاية الأثر الموجود أسفل الكسر جزءًا لا يتجزأ من نسيج الخشب الثانوي (الشكل 38.8 هـ).

يتم تنفيذ الطرف العلوي المقطوع للخارج ، ومع الوقت قد يتم التخلص منه مع القشرة بواسطة نشاط الأدمة المحيطة. نظرًا لأن الكامبيوم الموجود داخل الأثر نفسه يدفع اللحاء التتبع إلى الخارج ، فإن الجزء المدفون من الأثر يتكون من نسيج الخشب فقط.


& # x1F517 حجم البيانات المفتوحة

من بين مصادر البيانات التي لدينا بيانات عنها ، ما مقدار البيانات المتوفرة؟ يختلف التعبير عن حجم البيانات إلى حد ما بالنسبة للمصادر المختلفة ، لذا فإن ما يلي غير متجانس بعض الشيء ، ولكن مع ذلك ، هناك الكثير من البيانات المفتوحة.

مصدرالقيمةنوع
بلوس137358مقالات
eBird205970سجلات قائمة التحقق
درياد4186حزم البيانات
GBIF578ناشرو البيانات
داتاسيت3618096سجلات البيانات
نيوتوما2202656سجلات البيانات
نيوتوما11617مجموعات البيانات
OpenSNP589الأنماط الجينية
BHL139561العناصر
BHL155891133الأسماء
eBird2923886ملاحظات
BHL43968949الصفحات
NPN2537095سجلات الفينولوجيا
قاعدة الشجرة1515أشجار النشوء والتطور
OpenSNP2140939النيوكلوتايد
COL132قواعد البيانات المصدر
GBIF420222471سجلات حدوث الأنواع
COL1352112الأسماء التصنيفية
هو624282الأسماء التصنيفية
نيوتوما20152الأسماء التصنيفية
BHL77258الألقاب
OpenSNP1230المستخدمون

قم بتنزيل ملاحظات المراجعة الحادية عشرة من CBSE للفصل 15 نمو النبات وتطوره للفصل 11 ملاحظات علم الأحياء بتنسيق PDF مجانًا. قم بتنزيل ملاحظات المراجعة الخاصة بنمو النبات وتطوره للصف 11 ملاحظات علم الأحياء وسجل درجات عالية في الاختبارات. هذه هي ملاحظات بيولوجيا ملاحظات الفصل 11 الخاصة بنمو النبات وتطوره والتي أعدها فريق من المعلمين الخبراء. تساعدك ملاحظات المراجعة على مراجعة الفصل بأكمله في دقائق. تعد مراجعة الملاحظات في أيام الاختبار من أفضل النصائح التي يوصي بها المعلمون خلال أيام الامتحان.

ملاحظات المراجعة السريعة CBSE
علم الأحياء CBSE Class-11
الفصل 15
نمو النبات وتطوره - فئة 11 - ملاحظات علم الأحياء

  • ينشأ الجذر والساق والأوراق والزهور والفواكه والبذور بطريقة منظمة في النباتات. تسلسل النمو على النحو التالي-
  • تكمل النباتات طورتها الخضرية للانتقال إلى مرحلة التكاثر حيث تتشكل الأزهار والفواكه لاستمرار دورة حياة النبات.
  • التنمية هي مجموع عمليتين نمو و التفاضل. تتحكم العوامل الداخلية والخارجية في عملية النمو والتطور في النباتات.
  • نمو هي زيادة دائمة أو لا رجعة فيها في الوزن الجاف أو الحجم أو الكتلة أو حجم الخلية أو العضو أو الكائن الحي. إنه داخلي أو متأصل في الكائنات الحية.
  • يتم تحقيق النمو في النباتات عن طريق الانقسام الخلوي وزيادة عدد الخلايا وتضخمها. لذا ، فإن النمو هو ظاهرة كمية يمكن قياسها فيما يتعلق بالوقت.
  • نمو النبات غير محدد بشكل عام بسبب قدرة النمو غير المحدود طوال الحياة. توجد أنسجة المريستم في منطقة معينة من الجسم النباتي.
  • يسمى نمو النبات الذي تضاف فيه دائمًا خلايا جديدة إلى جسم النبات بسبب النسيج الإنشائي شكل مفتوح للنمو.
  • جذر النسيج الإنشائي القمي واطلاق النار القمي Meristem هي المسؤولة عن النمو الأولي واستطالة جسم النبات على طول المحور.
  • النسيج الإنشائي بين النوى تقع في العقد تنتج براعم وفروع جديدة في النباتات.
  • النمو الثانوي في النباتات هو وظيفة النسيج الإنشائي الجانبي وهو الكامبيوم الوعائي والكامبيوم الفلين.

النمو قابل للقياس

  • على المستوى الخلوي ، النمو هو الزيادة في كمية البروتوبلازم. من الصعب قياس الزيادة في كمية البروتوبلازم ولكن يمكن قياس الزيادة في الخلية وعدد الخلايا وحجم الخلية.
  • المعلمة المستخدمة لقياس النمو هي الزيادة في الوزن الطازج والوزن الجاف والطول والمساحة والحجم ورقم الخلية. لا يتم استخدام جميع المعلمات لكل نوع من النمو.
  • المرحلة التكوينية تسمى أيضًا بمرحلة تكوين الخلية أو انقسام الخلايا. يحدث في قمة الجذر ، قمة النبتة والمنطقة الأخرى التي تحتوي على نسيج مرستيمي. معدل التنفس مرتفع جدًا في الخلايا التي تخضع لانقسام الانقسام في المرحلة التكوينية.
  • مرحلة التوسيع- يتم تكبير الخلايا المشكلة حديثًا المنتجة في المرحلة التكوينية. يؤدي تضخم الخلايا أيضًا إلى ظهور فجوات تزيد من حجم الخلية.
  • يحدث تضخم الخلايا في جميع الاتجاهات مع أقصى استطالة في الأنسجة والألياف الموصلة.
  • مرحلة النضج- تتطور الخلايا المتضخمة إلى نوع خاص أو معين من الخلايا من خلال الخضوع للتمايز البنيوي والفسيولوجي.
  • معدل النمو- الزيادة في النمو لكل وحدة زمنية تسمى معدل النمو. قد يكون معدل النمو حسابيًا أو هندسيًا.
  • النمو الحسابي- معدل النمو ثابت وتحدث الزيادة في النمو في التقدم الحسابي - 2،4،6،8 ……. تم العثور عليه في استطالة الجذر وإطلاق النار.

الطول بعد الوقت = الطول في البداية + معدل النمو × الوقت.

  • النمو الهندسي هنا يكون النمو الأولي بطيئًا ويزداد بسرعة بعد ذلك. كل خلية تنقسم. تنمو الخلايا البنت وتنقسم وتتكاثر خلايا الحفيدة وينتج عنها نمو أسي.
  • النمو الهندسي شائع في الكائنات أحادية الخلية عند النمو في وسط غني بالمغذيات.
  • يتكون منحنى النمو السيني من طور أسي سريع الانقسام ومرحلة ثابتة. إنه نموذجي لمعظم الكائنات الحية في بيئتها الطبيعية.

يمكن تمثيل النمو الأسي على النحو التالي-

دبليو1 = دبليو0البريد الإلكتروني. W1 = الحجم النهائي ، W0 = الحجم الأولي ، r = معدل النمو ، t = وقت النمو و e هو أساس اللوغاريتمات الطبيعية (2.71828).

  • يمكن إجراء المقارنة الكمية بين نمو نظام المعيشة من خلال
  1. يُطلق على قياس ومقارنة إجمالي النمو لكل وحدة زمنية اسم المعدل المطلق.
  2. يسمى نمو نظام معين لكل وحدة زمنية معبرًا عنها على أساس مشترك معدل النمو النسبي.

شرط للنمو

  • الشرط الضروري للنمو يشمل الماء والأكسجين والعناصر الأساسية. الماء ضروري لتضخم الخلايا والحفاظ على الصلابة. يوفر الماء أيضًا وسيلة للظروف الأنزيمية.
  • يتطلب تكوين البروتوبلازم الماء والمغذيات الدقيقة والكبيرة ويعمل كمصدر للطاقة.
  • Optimal temperature and other environmental conditions are also essential for growth of the plant.
  • Cells produced by apical meristem become specialized to perform specific function. This act of maturation is called التفاضل.
  • The living differentiated cells that have lost ability of division can regain the capacity of division. هذه الظاهرة تسمى dedifferentiation. For example interfascicular cambium and cork cambium.
  • Dedifferentiated cells mature and lose the capacity of cell division again to perform specific functions. هذه العملية تسمى redifferentiation.

تطوير

It is the sequence of events that occur in the life history of cell, organ or organism which includes seed germination, growth, differentiation, maturation, flowering, seed formation and senescence.

Sequence of development process in plant cell

  • Different structures develop in different phases of growth as well as in response to environment. The ability to change under the influence of internal or external stimuli is called الليونة. Heterophylly in cotton plant is the example of plasticity.

Plant Growth Regulators are simple molecules of diverse chemical composition which may be indole compounds, adenine derivatives or derivatives of carotenoids.

  • Auxin was isolated by F.W. Went from tips of coleoptiles of oat seedlings.
  • The ‘bakane disease’ of rice seedlings is caused by fungal pathogen Gibberella fujikuroi. E. Kurosawa found that this disease is caused due to presence of Gibberellin.
  • Skoog and Miller identified and crystallized the cytokinesis, promoting active substance called kinetin.

Auxin- was first isolated from human urine. It is commonly indole-3-acetic acid (IAA). It is generally produced at stem and root apex and migrate to site of action.

  1. Cell enlargement.
  2. Apical dominance
  3. انقسام الخلية
  4. Inhibition of abscission
  5. Induce Parthenocarpy

Gibberellins- are promotery PGR found in more than 100 forms named as , , …. . The most common one is (Gibberellic Acid).

  1. Cell elongation.
  2. Breaking of dormancy.
  3. Early maturity
  4. Seed germination.

Cytokinins- the plant growth hormone is basic in nature. Most common forms include kinetin, zeatin, etc. They are mainly synthesized in roots.

  1. Cell division and cell differentiation.
  2. Essential for tissue culture.
  3. Overcome apical dominance.
  4. Promote nutrient mobilisation.

Ethylene – it is a gaseous hormone which stimulates transverse or isodiametric growth but retards the longitudinal one.

  1. Inhibition of longitudinal growth.
  2. Fruit ripening
  3. Senescence
  4. Promote apical dominance

Abscisic Acid – it is also called stress hormone or dormin. It acts as a general plant growth inhibitor. Abscisic acid is produced in the roots of the plant and terminal buds at the top of plant.

  1. Bud dormancy
  2. Leaf senescence
  3. Induce Parthenocarpy
  4. Seed development and maturation.

Photoperiodism- the effect of photoperiods or day duration of light hours on the growth and development of plant, especially flowering is called Photoperiodism. On the basis of photoperiodic response, flowering plants have been divided into the following categories-

  1. Short Day Plants– they flower when photoperiod is below a critical period (continuous duration of light which must not be exceeded in short day plants and should always be exceeded in long day plants in order to bring them flower). Example- Xanthium, Rice, Sugarcane, Potato etc.
  2. Long Day Plants– these plants flower when they receive long photoperiod of light, greater than critical period. Example- Radish, Barley, Lettuce.
  3. Day Neutral Plants – the plant can blossom throughout the year. Example- Bean, Wild Kidney.

Vernalisation– is the process of shortening of the juvenile or vegetative phase and hastening of flowering by cold treatment. The stimulus of Vernalisation is perceived by meristematic cells.

  • Vernalisation helps in shortening of vegetative period of plant and brings about early flowering.
  • It is applicable to temperate plants like Wheat, Rice, Millets, etc.

Growing hope: New organs? Not yet, but stem cell research is getting closer

Kidney (Image by Lori O'Brien/Andy McMahon Lab, illustration by Mira Nameth)

If you lose a limb, it’s lost for life. If you damage a kidney, you won’t grow a new one. And if you have a heart attack, the scars are there to stay.

But regenerative medicine is poised to change all of this. Building new tissue is within sight, and USC scientists are among the field’s pioneers.

More than 100 scientists, engineers and doctors are united under what’s called the USC Stem Cell initiative. They’re already moving stem cells out of the lab and toward patient care. The potential is exciting: USC researchers have contributed to clinical trials of stem cell approaches to treating colorectal cancer, spinal cord injury, vision problems, HIV/AIDS and Alzheimer’s disease. They’ve also used stem cells to uncover important insights about kidney disease, ALS, arthritis, Zika virus, birth defects and a wide variety of injuries.

Major funders and USC donors have provided hundreds of millions of dollars to support the work. That investment and vote of confidence enables USC Stem Cell scientists to collaborate with other leading universities, biotech companies and key partners to translate their laboratory discoveries into patient cures.

It hasn’t been easy. Scientists are evaluating some stem cell-based therapies through clinical trials, but so far, few treatments have made it to patients. Beyond scientific inspiration, taking treatments from lab bench to patient bedside requires immense amounts of time, money and, sometimes, a bit of luck. It also means working together with other scientists across boundaries.

“Regenerative medicine is still a relatively young field, and it’s still early days,” says Andy McMahon, director of the Eli and Edythe Broad Center for Regenerative Medicine and Stem Cell Research at USC. “When it comes to that final phase of translating stem cell discoveries into clinical therapies for patients, it won’t be individual universities working in isolation. It will be multi-institutional collaborations with our neighbors that will transform medicine over the course of the 21st century.”

The Kidney in Miniature

So far, scientists haven’t been able to create complete adult human kidneys—they’re too complex.

At USC, though, McMahon’s lab is coaxing stem cells to organize themselves into simplified, mini versions of this elaborate organ.

Each healthy human kidney is made up of a million cellular filters called nephrons, which pull wastes out of blood, among other responsibilities. McMahon and his colleagues are making tiny organs (scientists dub them “organoids”) composed of a single nephron—a convenient size for testing potential drugs.

With help from USC’s Chang Stem Cell Engineering Facility, McMahon’s lab has successfully produced organoids carrying the same genetic mutation that causes polycystic kidney disease, the most common genetic cause for kidney failure. Because kidney organoids develop cysts similar to those seen in the disease, scientists can observe how the disease progresses and develop therapies that may halt or reverse symptoms.

Zhongwei Li, an assistant professor of medicine, and stem cell biology and regenerative medicine, is also hard at work growing kidney organoids. There are only 18,000 donor kidneys available each year for more than 400,000 patients who need them, Li explains. He ultimately wants to create organs for transplantation using special stem cellsprogenitor cells that could develop and organize themselves into kidney tissue.

“USC is a perfect place to study the kidney,” says Li, an assistant professor of medicine, and stem cell biology and regenerative medicine.

Healing Hearts

/>Heart tissue (Image by Megan McCain, illustration by Mira Nameth)

If you worry about dying in an earthquake, shark attack or lightning strike, don’t waste your energy. You’re far more likely to die of heart disease. Every year, about 610,000 people in the U.S. die of heart disease. That’s one in four deaths. And heart disease is the leading cause of death worldwide.

Cardiac tissue that has died after a heart attack doesn’t come back—it just forms a scar. Studies have shown that doctors can safely inject stem cells into damaged heart tissue, but there’s no clear sign that these injections restore the heart.

At USC, two stem cell researchers are tackling heart repair from other directions.

In the lab of Henry Sucov, researchers aim to harness the heart’s innate ability to heal. They’re studying a regenerative type of heart muscle cell called a mononuclear diploid cardiomyocyte. Newborns have large numbers of these cells, but adults have relatively few, so the adult body has trouble regenerating heart tissue after injury.

When they looked for these cells in mice, they found that some mice had more of these cells than other mice did. They traced that variation to a gene called Tnni3k. Their research suggests that blocking the gene might boost numbers of regenerative cells.

If scientists can create prescription drugs to modulate the activity of the gene, these medications could encourage more regenerative cells to develop in the heart, says Sucov, a professor of stem cell biology and regenerative medicine, integrative anatomical sciences, and biochemistry and molecular biology. “This could improve the potential for regeneration in adult hearts, as a preventive strategy for those who may be at risk for heart failure.”

In Megan McCain’s lab at the USC Viterbi School of Engineering, researchers are building human heart tissue. They not only study how the heart tissue works, but also use it to test how it responds to potential drugs.

The work poses problems that call for the mindset of an engineer. It turns out that heart muscle cells don’t fully mature in the typical laboratory environment for growing cells—a petri dish filled with warm, nutritious liquid. To develop properly, heart muscle cells need to get some exercise by contracting in the rhythm of a beating heart. To do this, they need structure and resistance, which the lab’s researchers provide in the form of a tiny scaffold called a chip.

This “heart on a chip” reproduces natural human heart tissue on a small scale in the lab.

Ultimately, McCain hopes the technology contributes to precision medicine. Scientists could test medications on a patient’s own heart tissue on a chip. Eventually, this could enable doctors to customize dosing and choose drugs that pose the fewest side effects to each patient.

Stronger Bones

/>Mouse ribs (Image by Francesca Mariani, illustration by Mira Nameth)

According to common wisdom, bones heal. In reality, every year about 5 million people in the U.S. sustain fractures that fail to mend. From elderly people undergoing total hip or knee replacements to soldiers injured by explosions or gunshots, many patients have bone defects that are too severe to repair. To complicate matters, everything from diabetes to the normal aging process can undermine bone’s ability to heal.

USC researchers hope to one day use stem cells to build new bone in patients with severe or non-healing injuries. Jay R. Lieberman, who chairs the Department of Orthopaedic Surgery at the Keck School, teamed up with Gage Crump and Francesca Mariani, two faculty members from the Department of Stem Cell Biology and Regenerative Medicine, to advance the science.

The team has made a promising start in the lab. They discovered that healing bone requires a special type of repair cell, which they named an ossifying chondrocyte. Now the researchers are studying a substance that stimulates these repair cells to fix bone.

Unlocking Genetic Diabetes

Nearly 10 percent of Americans, or 30 million people, have a form of diabetes. Diabetes happens when glucose levels rise in the blood. Insulin, a hormone made by the pancreas, helps the body pull glucose from blood and into the cells where it’s needed. But sometimes the pancreas doesn’t make enough insulin or the body can’t use insulin well.

Oftentimes, in diabetes, the special cells in the pancreas that make insulin—called beta cells—are attacked by the immune system or wear out. Researchers worldwide are looking at ways to rebuild them.

At Children’s Hospital Los Angeles (CHLA), researcher Senta Georgia aims to use stem cells to help patients with genetic forms of diabetes.

Her lab is focusing on a young CHLA patient with a rare genetic disease known as enteric anendocrinosis. The disease causes chronic diarrhea because patients lack certain gastrointestinal cells that produce hormones, and they eventually lose their beta cells as well, causing diabetes.

With the help of USC’s Chang Stem Cell Engineering Facility, Georgia’s team took stem cells derived from the patient’s skin and edited the cells’ genome to fix the genetic mutation behind the problem. They then used these genetically corrected stem cells to generate new insulin-producing cells.
The goal is to eventually transplant these insulin-producing cells back into the patient to reverse the diabetes—providing a tailor-made cell replacement therapy.

“We hope that this study can create a precedent for how to generate new insulin cells for patients with genetic forms of diabetes,” says Georgia, assistant professor of pediatrics and stem cell biology and regenerative medicine at the Keck School of Medicine of USC.

Fresh Faces

“Our faces are our identities, and the first thing you see when you look at someone is his or her face,” says Yang Chai, director of the Center for Craniofacial Molecular Biology at the Herman Ostrow School of Dentistry of USC. But when someone has a cleft lip or other facial deformity or trauma, it can be devastating.

Chai aims to find treatments for some of the most common craniofacial birth defects and injuries. To do that, he has tapped into a rich source of stem cells: the pulpy interior of the teeth.

Fueled by a $12 million grant from the National Institutes of Health (NIH), he’s working with researchers from the Keck School of Medicine and institutions from Stanford to City of Hope on the project.

They’ve already used these stem cells to generate the unique, high-density bone that makes up the skull. If these stem cells can effectively repair four-centimeter holes in the skulls of animals, the research project will advance the treatment into a clinical trial for patients with bone deficiencies due to injuries, dental problems or birth defects.

One birth defect USC scientists are tackling is called craniosynostosis. The rare-but-serious problem occurs when sections of a baby’s skull fuse together at joints called sutures, restricting the developing brain and disrupting vision, sleep, eating and IQ. To treat this condition, growing children must undergo repeated skull-expanding surgeries—which are as dangerous and painful as they sound.

Chai is one of at least a dozen USC stem cell researchers working to help these children. His lab has already identified a critical stem cell population that normally resides in the skull sutures, and discovered how to manipulate these stem cells to form new sutures in mice.

“This is something that truly has to be done through a collaborative effort,” Chai says. “USC provides the best environment for collaborative research, which has led to NIH funding and publications as the result of these collaborations. These collaborative studies will fundamentally change the way to provide health care to our patients.”


We're Another Step Closer to Growing Replacement Body Organs

Scientists just made a significant step toward the goal of growing replacement human organs by identifying that a protein called Meox1, found in stem cells, is central to promoting muscle growth.

Figuring out how to grow our own replacement organs would bring about a health revolution. It would bring an end to the desperate tightrope of life on organ donor lists, saving the lives of thousands of people every year who can't have an organ transplant or who die while waiting for one.

Researchers from Monash University in Australia found the link by studying zebrafish, fast-growing little fish that are native to Southeast Asia and which are often used as a model for humans because of our biological similarities.

Just like us, zebrafish have two eyes, a mouth, and a brain, plus muscles, blood, bones, and teeth. Both humans and zebrafish have many of the same organs, including a kidney and a heart, and 70 percent of human genes are also found in zebrafish.

Now these zebrafish have revealed some of the secrets of how stem cells and Meox1 work.

"Prior to our work in this field, we didn't even know that these growth-specific stem cells existed or how they were used," says lead researcher Peter Currie. "Just knowing that they exist leads us to the possibility of orchestrating them, controlling them, or reactivating them to regrow damaged tissue."

Scientists have long studied organ growth in lab conditions, but how stem cells produce so much living tissue in the body has remained a mystery – and until that's solved we won't be able to grow our own replacement organs.

The study found evidence of clonal drift in zebrafish, which means the stem cells weren't dividing and growing at random, but pushing forward a small number of cloned stem cells to help muscles to grow.

In other words, only a few specific stem cells are used to grow most of the required organ tissue, and Meox1 is helping to pick those cells.

We're still some way off being able to grow hearts and livers in the lab on demand as soon as someone needs them, but scientists now have a better understanding of how our molecular gears might be shifting and whirring to produce more tissue inside the body.

This process of how organ growth gets regulated by stem cells is "one of last frontiers of developmental biology" the researchers say.

Further down the line, shining a light on these mechanisms could also help us fight damage to the body caused by diseases such as cancer.

Scientists are making steady progress in this field – last year researchers from the US managed to successfully regenerate working human heart tissue, albeit still using cells from a donated organ. Now we're another step closer, thanks to the zebrafish.


KYK, DHA, and DL were supported by the NIH grants R01HL136333, R01HL134880, and R01AI141716 (KYK) and T32HL092332 (DL).

Daniel Hormaechea-Agulla and Duy T. Le contributed equally to this work.

الانتماءات

Section of Infectious Diseases, Department of Pediatrics, Baylor College of Medicine, Houston, TX, USA

Daniel Hormaechea-Agulla, Duy T. Le & Katherine Y. King

Program in Immunology, Graduate School of Biomedical Sciences, Baylor College of Medicine, Houston, TX, USA

Duy T. Le & Katherine Y. King

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

المؤلف المراسل


شاهد الفيديو: الأحياء - الصف الثانى الثانوى - مراحل الهضم في الانسان (شهر نوفمبر 2022).