באורגניזמים חיים, התפתחות היא שילוב של מספר תהליכים מתואמים המקיימים אינטראקציה בזמן ובמרחב במהלך הצמיחה. תו כוזב אחד בסימפוניה העדינה עלולה להיות בעלת השלכות קטסטרופליות. עם זאת, הניקוד המדויק של המוזיקה הביולוגית הזו הוא לעתים קרובות תעלומה עבור מדענים. פתרון אחד הוא להשתמש בטכניקות מיקרוסקופיה מתקדמות כדי לצפות בצמיחת איברים בזמן אמת. האתגר הוא שגישות כאלה לא מתאימות לניטור ארוך טווח. יתר על כן, הם יכולים להלחיץ איברים, לשבש את ההתפתחות.
כדי לטפל בבעיה זו, חוקרי INRAE פיתחו שיטה ייחודית שהם יישמו על צמחים. ראשית, בהסתמך על צמחים בודדים רבים, מדענים מצלמים עלים המייצגים את מגוון שלבי ההתפתחות. החלת אלגוריתמים ממוקדים על קטלוג תמונות זה, ניתן להקצות גיל לכל אחד עלה ולשחזר את ההתפתחות לאורך זמן. כדי לעזור להם במשימה זו, החוקרים מנצלים תוכנת קוד פתוח - MorphoLeaf - שפיתחו ב-2016 בשיתוף עם ENS de Lyon.
השלב הבא היה שימוש בשיטה לתיעוד מקיף של התפתחות עלים בצמח המודל Arabidopsis thaliana. במשך תקופה של מספר שבועות, מדענים אספו עלים ממאות סוגי בר ו זנים מוטנטיים; לאחרון היו שינויים גנטיים שהשפיעו צורת עלה. יתרון מרכזי של שיטה זו הוא קלות היישום שלה: היא אינה דורשת ציוד מתוחכם. ואכן, מיקרוסקופ סטנדרטי שימש לצילום שלבי ההתפתחות המוקדמים יותר (גודל עלה < 0.1 מ"מ), וסורק שטוח שימש לשלבי ההתפתחות המאוחרים יותר (גודל עלה > 1 ס"מ).
https://www.youtube.com/embed/UU2YahNiTpI?color=whiteReconstructing the complete story of leaf development. Credit: INRAE – Jasmine Burguet
התמונות סיפרו סיפור מדויק של התפתחות עלים, תוך הבהרת נקודות מפתח במרחב ובזמן התורמות רבות להתפתחות בכלל. יש לציין כי הניתוח גילה כי לצמחים מסוג בר ומוטנטים עשויים להיות מסלולי התפתחות מוקדמים זהים אשר לאחר מכן מתפצלים בשלבים ספציפיים מאוחרים יותר.
הבנה מפורטת זו של פיתוח צמחים יכולה לספק אסטרטגיות עתידיות לייעול צמיחת צמחים. גישת החוקרים גמישה ביותר וניתנת להתאמה לכל סוג איבר, כולל בבעלי חיים. זה יכול להיות א כלי יקר ערך במחקרים המבקשים לבטל מיסטיציה של איברים ואורגניזמים פיתוח.
המחקר מתפרסם בכתב העת ביולוגיה צמחית כמותית.