Ученые обнаружили, что новые клеточные стенки растений могут иметь значительно отличающиеся механические свойства по сравнению с окружающими родительскими клеточными стенками, что позволяет клеткам изменять свою локальную форму и влиять на рост органов растений. Впервые ученые связали механические свойства с «возрастом» клеточной стенки, и он стал возможен только благодаря новому методу, который позволяет следить за одними и теми же клетками в течение длительного времени и в ходе последовательных раундов деления. Кембриджские исследователи смогли увидеть, как формируются новые стенки, и затем измерить их механические свойства. Эта новаторская работа показала, что новые клеточные стенки некоторых растений в 1,5 раза жестче, чем окружающие их стенки родительских клеток — неожиданное и удивительное открытие. Размер и форма таких органов растений, как листья и цветы, являются результатом сложного взаимодействия генетики, сигнальных систем, механической обратной связи и факторов окружающей среды. Хотя мы достигли значительного прогресса в понимании этих процессов, не всегда легко связать то, что происходит на клеточном уровне, с тем, что происходит на уровне органов. Исследования, проведенные в Лаборатории Сэйнсбери Кембриджского университета (SLCU) на двух отдаленно родственных видах растений, позволили получить новые данные, свидетельствующие о том, что деление клеток на локальном уровне играет активную роль в контроле размеров органов. Междисциплинарный проект был реализован в сотрудничестве трех исследовательских групп SLCU (Robinson Group, Schornack Group и Jönsson Group) и группы микроскопического оборудования SLCU, объединяющей специалистов в области экспериментальной биомеханики, генетики, визуализации и вычислительного моделирования. Сочетая передовую микроскопическую съемку отдельных клеток в реальном времени, современные методы определения характеристик материалов и математическое моделирование, исследовательская группа Сары Робинсон показала, что процесс деления клеток локально изменяет механические свойства растущей ткани, что потенциально может повлиять на конечную форму и размер растительного органа. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). В отличие от клеток животных, растительные клетки заключены в жесткую оболочку — клеточную стенку. При делении клетки происходит образование новых клеточных стенок, которые изменяют механическое напряжение в клетке, ее геометрию и механические свойства окружающей ткани. Ученые смогли исследовать механические свойства отдельных клеточных стенок во внешнем клеточном слое растительного органа, но они не знали, сколько лет каждой стенке, и могли только догадываться, делилась ли она только что. Первый автор статьи, бывший научный сотрудник группы Робинсона, а ныне научный сотрудник Миланского политехнического института Алессандра Бонфанти, наблюдая за клетками в течение определенного времени, заметила образование новых стенок и, таким образом, смогла связать механические свойства с «возрастом» клеточной стенки. Доктор Бонфанти разработала протокол, в котором сочетаются временная визуализация и измерения с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ) для систематического картирования возраста, роста и механических свойств (жесткости) стенок отдельных клеток, а также для отслеживания одних и тех же клеточных стенок в ходе последовательных раундов деления.
«Мы использовали этот протокол для изучения того, как изменяется жесткость новообразованных клеточных стенок в течение 24 и 48 часов вплоть до стадии зрелости, и как это влияет на локальные формы клеток», — говорит д-р Бонфанти. „Для этого мы использовали две системы: геммы печеночницы Marchantia polymorpha и первый настоящий лист Arabidopsis thaliana на ранней стадии развития“. Клетки в молодых тканях двух изучаемых видов растений изначально имеют схожую геометрию квадратной формы, что сделало их хорошими моделями для сравнения. «Сначала мы охарактеризовали схему роста и деления клеток у геммы M. polymorpha, которая до сих пор оставалась неясной в литературе», — говорит д-р Бонфанти. „Затем с помощью оптомеханических измерений, используя временную визуализацию в сочетании с АСМ-измерениями, мы показали, что деление клеток в M. polymorpha gemmae приводит к образованию временной более жесткой и медленно растущей новой стенки. В отличие от этого, в листьях A. thaliana такое временное явление отсутствует“. Действительно, новые клеточные стенки у M. polymorpha становились в 1,5 раза жестче родительских клеточных стенок.
Доктор Робинсон объяснил значение этого открытия:
«Клетки M. polymorpha также изменяют свою геометрию и быстрее развивают угол соединения 120°, формируя геометрию клеток, более близкую к гексагональной форме, которая считается наиболее эффективной с точки зрения формирования материала для покрытия площади». Вычислительное моделирование, проведенное в рамках данного проекта Юаном Смитерсом и Россом Картером, позволило получить доказательства того, что наличие жесткой новой стенки ускоряет формирование этих 120° углов». «Важно знать, что новая клеточная стенка может отличаться от родительской, и это дает нам новые вопросы для изучения: всегда ли это так, в каких условиях и почему так происходит?» 02.10.2023 |
Биосфера
Останется ли магний снотворным для кузнечиков в результате потепления? | |
Соединения магния — распространенны... |
Увидеть живьем — большая удача: натуралист снял в Казани скрытное насекомое | |
В последние дни апреля во время лесн... |
FCOSC: Изменение среды объясняет геномные вариации африканской лесной лягушки | |
Даже широко распространенные виды могут оказат... |
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь | |
Группа ученых из Университета Нагоя, Япон... |
PNAS: Огненные муравьи вдохновили на создание идеального адаптивного материала | |
Огненные муравьи создают плоты, чтобы пережить... |
Nature: Орангутан первым среди животных лечился припаркой из целебных трав | |
Орангутан с острова Суматра удивил ученых... |
Frontiers in Bee Science: Жара мешает шмелям полноценно размножаться | |
В результате климатического кризиса глобальное... |
Низкоинтенсивный выпас лучше для биоразнообразия, но не для землепользователей | |
Выпас как домашних, так и диких... |
Journal of the AChemSociety: Синтетика вызывает хаос в первичном бульоне | |
Наше тело состоит из триллионов различных... |
Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному | |
Исследователь из Мельбурнского университе... |
ACS Nano: Зубы нутрий и бобров помогут ученым вывести формулу совершенной эмали | |
Болтливые белки, очаровательные нутрии и ... |
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад | |
По мнению исследовательской группы под ру... |
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет | |
Микросателлиты — ценный инструмент ... |
Current Biology: У бенгальских кошек в ДНК лишь несколько процентов от леопарда | |
Если вы задаетесь вопросом, кому принадле... |
Science: Облик будущих партнеров запечатлен у бабочек Heliconius в генах | |
Тропические бабочки Heliconius хорошо известны... |
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи | |
Более 90% коммерчески доступных каротиноидов п... |
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком | |
Некоторые цецилии выкармливают своих детенышей... |
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды | |
В новом исследовании неврологи показали, как&n... |
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки | |
Бурые медведи, добывающие пищу на полуост... |
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов | |
Если бы мы могли встать на мест... |
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции | |
Самый обширный анализ такого рода показывает, ... |
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству | |
Размножение гигантских морских пауков в А... |
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике | |
Имиджеомика, новая область науки, за посл... |
Palaeontology: Древнейшая ископаемая рептилия из Альп оказалась подделкой | |
Окаменелость возрастом 280 млн лет, котор... |
Nature: Стволовые клетки растений подскажут, как развивается рак | |
Крошечный корень растения толщиной не бол... |
Nature: Как плодовые мушки управляют навигационной системой мозга | |
Когда мы идем по улице, у нас&n... |
Переселенные овсянки со временем разучивают все песни, необходимые для выживания | |
Птенцы певчих птиц, переселенные в рамках... |
Animal Behaviour: Козы по голосу определяют, злой хозяин или добрый | |
Козы могут отличить счастливого человека от&nb... |
Маленькие-то какие хорошенькие! Ученые впервые увидели новорожденную белую акулу | |
Вы удивитесь, но большие белые акулы, сов... |
Current Biology: Сумчатая мышь из Австралии жертвует сном ради секса | |
Всем живым существам необходим сон. Когда люди... |