Хлоропласты - это совершенные зеленые механизмы - части растительных клеток, которые превращают солнечный свет в пищу в довольно известном процессе, известном как фотосинтез.
Но у них есть еще одна важная роль для жизни растений. Они являются частью сигнального корпуса, который предупреждает иммунную систему растения об угрозе опасности - будь то вражеское нападение или воздействие окружающей среды.
Теперь исследователи Университета Делавэра и сотрудники Калифорнийского университета в Дэвисе обнаружили новые подробности того, как хлоропласты перемещаются в трудные времена. Это фундаментальный вид исследовательской информации, которая помогает ученым понять биологию растений и может помочь фермерам предотвратить потерю урожая.
Их выводы были опубликованы eLife Sciences.
Используя методы биовизуализации в Институте биотехнологии Делавэра, команда под руководством Джеффри Каплана, директора Центра биоимиджинга, показала, что хлоропласты трансформируются в совершенно разные формы, когда приближается опасность, выпуская полые побегообразные части, называемые «стромулы». как часть иммунного ответа растения. Затем эти стромулы соединяются с ядром клетки и, по-видимому, направляют хлоропласты к назначенным им позициям.
Исследователи пока не знают, действуют ли стромулы как эскорт или обеспечивают импульс для этого транзита - или и то, и другое. Но изображения показывают прямую корреляцию.
«Это может указывать на новые методы защиты сельскохозяйственных культур от различных патогенов», - сказал Каплан. «Это базовая реакция, не специфичная для какого-либо одного патогена».
Для этого исследования исследователи использовали клетки родственного растения табака - nicotiana benthamiana, обладающего многими ценными свойствами для изучения и визуализации.
Они использовали флуоресцентные белки для маркировки структур в клетках - стромулы и цитоскелет - и эти маркеры позволили отслеживать структуры с помощью лазерной сканирующей конфокальной микроскопии. Конфокальный микроскоп, входящий в обширный набор инструментов Центра биовизуализации DBI, позволяет ученым получать трехмерные изображения молекул.
Таким же образом они могут видеть взаимосвязь между стромулами, микротрубочками и актиновыми филаментами, которые действуют как точки привязки при движении стромул.
Здесь есть на что посмотреть, даже в этом мельчайшем из крошечных контекстов, где размеры стромулы варьируются от 1 микрона до 10 микрон, вплоть до 100 микрон.
Управляемые - или, возможно, приводимые в движение - стромулами, хлоропласты затем группируются вокруг ядра клетки по мере того, как развивается битва с патогеном. Исследователи обнаружили, что усиление образования стромул также ускоряет иммунный ответ растения.
Будущие исследования могут основываться на этом новом понимании стромул, чтобы увидеть, может ли изменение некоторых динамики помочь растению противостоять повреждениям от болезней и других стрессоров.
В написании статьи приняли участие одиннадцать других исследователей, и Каплан сказал, что помимо этой группы есть много других исследователей UD, чей опыт часто полезен в таких исследованиях.
"У UD прекрасная рабочая среда", - сказал Каплан. «Мы работаем вместе, чтобы изучить множество различных аспектов устойчивости к болезням».
Сотрудниками Каплана по проекту UD были: Амута Сампат Кумар, Александр Недо, Али Алкарни, Кайл Хобан и Шеннон Модла, все из Института биотехнологии Делавэра; Ли Рен и Чандра Камбхаметту из Департамента компьютерных и информационных наук; и Джон Макдональд из Департамента биологических наук.
Также в команду входили Ынсук Пак и Савитрамма Динеш-Кумар из Департамента биологии растений и Центра генома Калифорнийского университета в Дэвисе.