Ограничения современных методов получения изображений в реальном времени означают, что обычно можно точно визуализировать только легкодоступные части растений. Поэтому исследования таких областей, как листья и цветы, часто занимали центральное место в исследованиях развития растений.
Клеточные истоки роста ствола растений скрыты под несколькими слоями других клеток, и, как следствие, ранее было трудно исследовать, как контролируется рост ствола.Чтобы решить эту проблему, профессор Роберт Сабловски и его команда из Центра Джона Иннеса разработали новые методы визуализации клеток, позволяющие им визуализировать изменения в клетках под поверхностью растений. В частности, группа сосредоточилась на апикальной меристеме побега (SAM), кластере клеток на кончике побега, которые дифференцируются, образуя различные виды тканей растения и определяющие размер и общую форму растения.
Исследование опубликовано в новой статье в научном журнале Developmental Cell.Профессор Сабловски сказал: «Чтобы понять, как гены контролируют форму растения, нам нужно понять, как они влияют на рост и деление клеток, из которых состоит растение. Клетки, которые продолжают формировать стволовую ткань, расположены в части SAM, называемой «реберная зона», которая скрыта под слоями клеток, занимающихся другими делами.
Два основных метода, которые ученые обычно используют для изучения клеток под микроскопом, в данном случае не подходили: визуализация в реальном времени показывает, как клетки растут и делятся. время, но реберная зона слишком глубокая, чтобы давать четкие изображения в реальном времени. Другой метод — разрезать SAM, чтобы увидеть клетки реберной зоны.
Однако вы не можете сделать это с живыми, растущими клетками, поэтому итоговые данные не в «реальном времени». Что еще хуже, ребристая зона четко не разграничена, поэтому ее трудно отличить от остальной части ЗРК ».Чтобы обойти эти проблемы, ученые объединили два подхода.
Во-первых, используя нормальные растения Arabidopsis thaliana «дикого типа», они пометили отдельные клетки ярким флуоресцентным маркером и проследили за потомками этих клеток в меристеме ребер. Во втором подходе исследователи использовали информацию, записанную в клеточных стенках, чтобы сделать вывод о том, как растет реберная зона: более тонкие стенки, образовавшиеся во время недавних делений клеток, светились менее ярко, чем более старые, более толстые клеточные стенки, и ориентация новых клеточных стенок в трехмерном пространстве. изображения показали направления роста и деления клеток.
Затем исследователи повторили этот эксперимент, но использовали ткани SAM из мутантного растения арабидопсис, лишенного гена REPLUMLESS, или сокращенно RPL, чтобы увидеть, какое влияние это оказывает на рост клеток.«Уже было известно, что RPL должен участвовать в развитии стебля, потому что он экспрессируется по всей SAM, в том числе в зоне ребер, и мутация этого гена приводит к коротким стеблям — мы просто не знали, как, до сих пор, "сказал доктор Стефано Бенчивенга, первый автор статьи. «На этот раз на изображениях SAM от мутанта rpl мы заметили, что, хотя клетки росли с одинаковой скоростью, они были расположены под разными углами, а не все аккуратно обращены в одном направлении».Профессор Сабловски сказал: «Это показало нам, что RPL не влияет на скорость или количество клеток, растущих в зоне ребер, а скорее влияет на ориентацию, в которой клетки делятся при образовании новой стволовой ткани растения.
В других экспериментах, также описанных в В нашей статье мы демонстрируем, что RPL подавляет другие гены, участвующие в создании границ органов. Это важно, потому что известно, что эти гены границ органов снижают рост в областях, которые отделяют SAM от новых органов, таких как листья и цветы. важный прогресс в нашем понимании развития стебля, мы могли бы использовать эти знания, чтобы влиять на свойства растений, имеющие ключевое практическое значение ».