Растение-кружево объясняет запрограммированную гибель клеток

Новое исследование, опубликованное в открытом журнале BMC Plant Biology, впервые документирует физиологические события в растении-кружеве (Aponogeton madagascariensis), которые происходят посредством запрограммированной гибели клеток (PCD) для образования характерных отверстий в его листьях.

Водное растение-кружево, эндемик Мадагаскара, использует PCD для создания отверстий в листьях. Исследователи из Университета Далхаузи (Новая Шотландия) использовали долгосрочную визуализацию живых клеток, микросъемку с интервальной съемкой и детальное окрашивание, чтобы увидеть, что на самом деле происходит внутри отдельных клеток листьев.

• Процесс PCD всегда начинается в центре ареол (областей, окруженных жилками) и распространяется наружу, останавливаясь за четыре или пять клеток до жилки.
• Визуальные стадии PCD определяются по пигментации:
  • Клетки без PCD содержат антоцианин (розовый).
  • На ранней стадии PCD антоцианин исчезает, но зеленый хлорофилл остается.
  • На поздней стадии PCD оба пигмента утрачиваются.

Руководитель исследования Аруника Гунавардена описала детали процесса:

• После потери антоциана наблюдалось уменьшение количества и размера хлоропластов, сопровождаемое изменениями в актиновом цитоскелете. Актиновые кабели становились толще, но их расположение — более хаотичным (вплоть до поздней стадии PCD, когда они начинали исчезать).
• По мере прогрессирования PCD хлоропласты и митохондрии начинали агрегировать вместе и перемещались в кислую вакуоль для деградации — процесс, подтвержденный 3D-анализом изображений.
• Исследователи также обнаружили признаки аутофагии и остатки органелл внутри везикул.

Доктор Гунавардена отметила: «Для каждой наблюдаемой клетки в конечном итоге происходил разрыв тонопласта и коллапс плазматической мембраны. От первой заметной потери хлорофилла до сокращения плазматической мембраны проходит всего 48 часов, а через 24 часа после этого события исчезает клеточная стенка».

Это первое исследование, в котором для изучения PCD — процесса, затрагивающего почти все типы клеток на определенном этапе жизни организма, — использовано такое разнообразие визуальных методов. Полученные изображения и видео дают увлекательное представление о том, как растение-кружево «перехватило» PCD для создания своих необычных и красивых листьев.