Урожай во всем мире становится все более уязвимым для пандемий, поскольку болезни мешают глобальным потокам людей и товаров, перемещаясь с континента на континент. Болезни флоэмы, такие как позеленение цитрусовых, являются одной из особенно разрушительных групп болезней растений, которые наносят экономический ущерб во всем мире. Однако эти заболевания могут быть трудны для изучения, так как клетки флоэмы относительно недоступны и их трудно изолировать. В работе, представленной в недавнем выпуске Applications in Plant Sciences, д-р Эд Этксеберриа и его коллеги из Центра исследований и образования цитрусовых при Университете Флориды представляют новый метод идентификации клеток флоэмы в тканях растений.
"Из-за своей недоступности болезни, ограниченные флоэмой, практически невозможно вылечить или вылечить на планте, и, следовательно, они представляют огромный риск как с экономической, так и с биологической точки зрения. С экономической точки зрения легкие заболевания флоэмы могут привести к значительному сокращению сельскохозяйственной продукции за счет снижения качества и количества основного сельскохозяйственного товара. В худшем случае они могут означать конец устоявшихся отраслей, как в случае с цитрусовой промышленностью в Пуэрто-Рико", - сказал д-р Этксеберриа, автор-корреспондент исследование. «С биологической точки зрения эти заболевания угрожают самому выживанию пораженных видов."
Чтобы бороться с разрушительными болезнями флоэмы, исследователи должны детально понять, как эти патогены деформируют клетки флоэмы растений, известные как ситовидные элементы и клетки-компаньоны. Сегодня многие основные вопросы остаются без ответа о том, как болезни, такие как позеленение цитрусовых, влияют на эти клетки флоэмы, которые необходимы для транспорта питательных веществ растениями. «Нам интересно выяснить, является ли сигнал, производимый бактериями [позеленения цитрусовых], который направляет физиологические изменения в ситовидном элементе и опосредован клетками-компаньонами, генетическим или химическим». В качестве первого шага к ответу на этот вопрос следует выделить клетки флоэмы. Однако это представляет собой техническую проблему, так как клетки флоэмы составляют менее 1% от общего числа клеток, погребены глубоко в тканях растения и перемежаются с другими типами клеток.
Существующие методы идентификации клеток флоэмы основаны на присутствии специфичных для флоэмы белков, называемых форизомами. Однако форизомы обнаруживаются только в клетках флоэмы растений семейства бобовых, что ограничивает применение этого метода. Представленная здесь техника использует отличительную анатомию клеток флоэмы с использованием красителей, специфичных для органелл, и флуоресцентной микроскопии. Например, клетки флоэмы, называемые ситовидными элементами, не имеют ядра и вакуоли, но имеют париетальные митохондрии, поэтому эти клетки становятся очевидными, когда ткань окрашивается специфическими для органелл красителями Hoechst 3342, нейтральным красным и MitoTracker Green и визуализируется с помощью флуоресцентного микроскопа. Этот метод применим не только к цитрусовым, поскольку он основан на анатомии клеток флоэмы, а не на белковых маркерах, которые варьируются от вида к виду. Это означает, что его можно использовать для понимания не только позеленения цитрусовых, но и широкого спектра заболеваний флоэмы, таких как желтая болезнь тыквы, карликовость кукурузы и желтая карликовость лука..
Хотя изучение флоэмных заболеваний является наиболее актуальным направлением применения этого метода и послужило мотивом для этого исследования, идентификация клеток флоэмы также может помочь в изучении других ботанических вопросов.«Идентификация клеток флоэмы может помочь в других областях физиологии флоэмы, таких как определение местоположения связанных с мембраной переносчиков или каналов, их расположение по всему растению и их свойства в зависимости от их распределения в тканях источника или стока», - сказал доктор Этксеберриа. Кроме того, поскольку он включает переваривание клеточной стенки, «этот метод можно использовать для изучения свойств мембран, таких как потоки ионов, электрические свойства мембраны и биофизика эластичности мембран - исследование, невозможное для интактных клеток».
Используя общепризнанные биологические методы, такие как расщепление клеточной стенки, окрашивание специфических органелл и флуоресцентную микроскопию, доктор Этксеберриа и его коллеги разработали метод точного выделения клеток флоэмы растений. Хотя этот метод имеет широкое применение, он будет немедленно введен в действие для понимания и борьбы с разрушительными болезнями флоэмы, вызывающими неурожаи во всем мире.