Открытие механики и молекулярного механизма, определяющих формирование формы клеток у растений, группой исследователей из Макгилла дает новые сведения о фундаментальных процессах, управляющих формированием тканей в многоклеточных организмах.
Растения состоят из клеток самых разных форм и размеров, каждая из которых тесно связана и необходима для функционирования конкретной ткани.
"Фотосинтетическая ткань на внутренней стороне листа имеет губчатую структуру, образованную звездообразными клетками, которая способствует прохождению кислорода и углекислого газа. Ткань "кожи" листа, эпидермис, с другой стороны стороны, представляет собой плоский слой тесно связанных, плоских клеток, которые не пропускают ничего, кроме специально отведенных отверстий. Но мы действительно не знали, как появляются эти поразительно разные формы клеток», - сказала Аня Гейтманн, профессор и декан. факультета сельскохозяйственных наук и наук об окружающей среде Макгилла.
Исходя из того, что биологические организмы должны подчиняться физическим законам, Гейтманн и ее коллеги использовали инженерные принципы для компьютерного моделирования давлений и сил, необходимых для придания растительной клетке заданной формы.
«Типичное давление в растительной клетке выше, чем в автомобильной шине», - объяснил Гейтманн. «Таким образом, растущую растительную клетку можно сравнить с надутым резиновым шариком. Если давление стимулирует рост растительных клеток, мы задались вопросом, как можно создать воздушный шар (или клетку), который не просто сферический, а имеет характерную форму, похожую на мозаику, как у клеток, образующих эпидермальные клетки листа».
Предсказания, полученные в результате их компьютерного моделирования, послужили отправной точкой для поиска биологических структур, определяющих форму клетки.
В исследованиях, недавно опубликованных в журналах Cell Reports и Plant Physiology, команда использовала клеточную биологию и микроскопию высокого разрешения, чтобы показать, что две хорошо известные молекулы - целлюлоза, материал, из которого сделана одежда, и пектин, студенистая вещество, которое мы используем для приготовления джема, играет решающую роль в формировании клеток эпидермиса листа.
«Наши результаты показывают, что механика клеток эпидермиса листа аналогична механике майларовых воздушных шаров», - пояснил Гейтманн. «Вместо того, чтобы раздуться в идеальную сферу, похожую на резиновый воздушный шар, майларовый шар образует морщины на швах, и это то, что, как мы думаем, происходит в клетках листа; эти морщины могут быть спусковым крючком, который в конечном итоге приводит к головоломке. как рисунок кожуры листа."
Гейтманн считает, что механика, связанная с приданием клетке листа ее отчетливой формы, вероятно, будет аналогична той, которая используется для создания других типов растительных клеток.
Сейчас ее команда пытается определить причины, по которым «кожа» листьев имеет такой сложный узор, напоминающий мозаику.
"Мы думаем, что растения эволюционировали таким образом, чтобы листья могли лучше сопротивляться разрушительному механическому воздействию, и мы проводим как моделирование, так и экспериментальные тесты, чтобы показать это. " сказала она.
Этот проект был поддержан грантом Discovery от Совета по естественным и инженерным исследованиям Канады (NSERC) и Канадской исследовательской программы.