Учёные-растениеводы получили новый инструмент в своем арсенале. Автоматический конфокальный микроэкстензометр (ACME), разработанный группой исследователей из Европы и США, позволяет ученым измерять пространственные изменения механических свойств растительных клеток с беспрецедентной точностью.
Рост растительных клеток ограничен механическими свойствами окружающей клеточной стенки. Клеточные стенки в растущих частях растения считаются гораздо более растяжимыми (растяжимыми), чем в зрелых частях, и эти локальные различия в растяжимости клеточных стенок влияют на общую форму растения. До сих пор не было возможности измерить растяжимость клеточных стенок в направлении роста живых растений. Группа исследователей во главе с Крисом Кюлемайером из Института растениеводства Бернского университета в Швейцарии создала систему, которая делает именно это.
«Интуитивно самый простой способ сделать это - растянуть растение и посмотреть, насколько растягивается каждая клетка», - объясняет первый автор Сара Робинсон. Используя этот принцип, исследователи собрали роботизированный конвейер, который сочетает в себе нестандартные и коммерчески доступные детали. Они разработали специальное устройство, которое удерживает растения на месте, не повреждая их, а затем растягивает их под определенным усилием. Устройство, установленное на микроскопе, управляется программным обеспечением, которое позволяет пользователю задавать продолжительность и степень растяжения. Изображения растения в высоком разрешении получаются во время растяжения, а специально разработанное программное обеспечение использует изображения для расчета механических свойств в различных областях растения. Авторы назвали устройство ACME в честь вымышленной корпорации из мультфильмов Road Runner/Wile E. Coyote, потому что они были вдохновлены неустанными усилиями Wile E. Coyote. «К счастью, в конце концов мы добились большего успеха, но некоторые из наших прототипов были менее элегантными и требовали большого количества скотча», - шутит Сара.
Используя ACME, авторы продемонстрировали, что клетки в стеблях проростков проявляют градиент механических свойств в присутствии гормона роста растений гибберелловой кислоты. Кроме того, они использовали свою универсальную систему, чтобы показать, что растяжение вызывает необратимое увеличение длины клеток живых растительных клеток, но что увеличение длины клеток частично восстанавливается в мертвых тканях растения, как только растяжение прекращается. Несмотря на то, что ACME был создан для работы с небольшими образцами (образцом, использованным в этом исследовании, был крошечный сорняк, известный как кресс-салат), его можно легко адаптировать для использования с более крупными образцами и различными системами визуализации.
Команда сделала всю информацию, необходимую для создания этой системы, в свободном доступе, чтобы ученые из других лабораторий могли использовать ACME в своих собственных исследованиях. «ACME имеет множество приложений и возможностей для будущего использования», - говорит Сара Робинсон. Например, это устройство может помочь нам понять механизмы, с помощью которых различные факторы воздействия и обработки изменяют рост растений на клеточном уровне. Кроме того, это может объяснить условия и методы лечения, которые способствуют растяжимости клеточных стенок растений и, таким образом, усиливают рост растений на клеточном уровне. Учитывая растущий спрос на производство биомассы, это очень захватывающая перспектива.