Ученые разработали способ изображения полового размножения живых цветов, согласно исследованию, опубликованному сегодня в журнале eLife с открытым доступом.
Новая методика, о которой первоначально сообщалось на сайте bioRxiv, впервые записывает видеоролики о фундаментальных процессах развития цветка и открывает новые возможности для исследования полового размножения растений.
Размножение растений происходит в пыльниках и завязях развивающихся цветков, в результате чего образуется пыльца и зародышевый мешок, содержащий мужские и женские половые клетки. Производство зародышевых клеток включает оба типа деления клеток, называемые мейозом и митозом. После образования эти клетки сливаются во время оплодотворения, образуя клетку, из которой развивается растение.
Большая часть нашего понимания репродуктивных процессов растений пришла из изучения препарированных образцов растений под микроскопом и изучения аберраций, возникающих в результате мутаций в генах растений, участвующих в воспроизводстве растений. Однако эти методы не дают информации о том, где и когда происходят различные события во время воспроизведения. Живая визуализация позволяет запечатлеть эту важную деталь.
«Визуализация в реальном времени сыграла важную роль в исследованиях роста и развития корней, но визуализация живых клеток клеточных процессов внутри цветка технически намного сложнее», - объясняет соавтор Сона Валучова, постдокторский исследователь в Центрально-европейский технологический институт при Масариковом университете, Чехия.«Необходимо разработать методы визуализации в контексте целых органов или растений».
Валучова и ее коллеги использовали технику, называемую световой флуоресцентной микроскопией (LSFM), при которой образец перемещается через тонкий лист лазерного излучения, а детектор получает данные трехмерного изображения. Таким образом, весь цветок, помещенный в агар, можно быстро изобразить, перемещая его в плоскости света. Полученная 3D-модель показывает сложные детали структуры цветка и может использоваться для отслеживания судьбы отдельных зародышевых клеток в нем.
Показав, что LSFM может предоставлять изображения цветов с высоким разрешением, следующей целью группы было установить, что он может обнаруживать определенные события при воспроизведении. Для этого они использовали цветы, которые были спроектированы так, чтобы иметь флуоресцентные метки на ключевых молекулах, участвующих в мейозе и митозе. Им удалось зафиксировать весь процесс мейоза в мужских половых клетках, обнаружив изменения в количестве и расположении молекулы под названием ASY1 каждый час в течение четырех дней.
Команда ученых продемонстрировала, что визуализацию в реальном времени можно успешно использовать для изучения уровней гормонов растений на разных стадиях развития цветка и для наблюдения за перемещением хромосом по клетке во время клеточного деления.
Одной из наиболее забытых областей исследований репродукции растений является производство женских половых клеток во время женского мейоза. Большинство исследований мейоза растений были сосредоточены на мужских зародышевых клетках, потому что женский эквивалент, называемый материнской клеткой мегаспоры, невероятно редок и очень похож на другие клетки, что затрудняет их изучение. Чтобы преодолеть это, команда разработала версию живой визуализации специально для женского мейоза. «Это потребовало тщательного вскрытия цветочного бутона, чтобы выявить семязачатки, которые затем пропускались через лазерный свет каждые 10 минут в течение 24 часов для создания 3D-фильма», - говорит соавтор Павлина Микулькова, также старший научный сотрудник Центрального Европейский технологический институт при Масариковом университете.«Используя эту технику, мы смогли записать две фазы женского мейоза и определить, как долго длилась каждая из них».
«Эта работа демонстрирует способность LSFM предоставлять новую информацию о воспроизводстве растений, которую ранее нельзя было изучить с помощью других видов микроскопии», - заключает старший научный сотрудник Карел Риха, заместитель директора по исследованиям Центрально-Европейского технологического института. в Масариков университет. «Наш успех в разработке протокола живой визуализации мейоза самок представляет собой крупный технический прогресс в биологии клеток растений».