Ученые создали растения "наизнанку", чтобы наблюдать за формированием целлюлозы

Впервые исследователям удалось наблюдать, как внутренние клетки растения синтезируют целлюлозу, заставив эти клетки расти на поверхности растения.

"Основная масса целлюлозы в мире производится внутри утолщенных вторичных клеточных стенок тканей, скрытых внутри тела растения", — говорит Йоичиро Ватанабе, аспирант кафедры ботаники Университета Британской Колумбии и ведущий автор статьи, опубликованной на этой неделе в Science.

"Поэтому мы никогда не могли снять эти клетки с высоким разрешением в процессе производства этого важнейшего биологического материала внутри живых растений".

Целлюлоза — структурный компонент клеточных стенок, позволяющий растениям сохранять вертикальное положение, — является самым распространенным биополимером на Земле. Это критически важный ресурс для целлюлозно-бумажной промышленности, текстиля, строительных материалов и возобновляемого биотоплива.

"Чтобы быть структурно прочными, растения должны очень быстро откладывать свои вторичные клеточные стенки после прекращения роста, подобно слою бетона с арматурой", — говорит ботаник UBC Лейси Сэмюэлс, один из старших авторов статьи.

"Согласно нашему исследованию, для такой скорости процесса растительным клеткам необходимы как высокая плотность ферментов, создающих целлюлозу, так и их быстрое движение по поверхности клетки".

Эта работа, кульминация многолетних исследований четырех аспирантов UBC под руководством исследователя лесного хозяйства UBC Шона Мэнсфилда и Сэмюэлс, стала возможной благодаря сотрудничеству с Технологическим институтом Нара в Японии для создания специальных линий растений и с исследователями из Института Карнеги в Стэнфордском университете для проведения визуализации живых клеток.

"Это большой шаг вперед в нашем понимании того, как растения синтезируют свои стенки, в частности целлюлозу", — говорит Мэнсфилд. — "Это может иметь серьезные последствия для методов селекции или отбора растений с улучшенными или измененными ультраструктурными свойствами целлюлозы — что может повлиять на отрасли от нанокристаллов целлюлозы до средств гигиены и строительных материалов".

Исследователи использовали модифицированную линию Arabidopsis thaliana (резуховидки Таля), небольшого цветкового растения, родственного капусте и горчице. Полученные растения выглядят точно так же, как их немодифицированные родители, пока не запускается процесс создания вторичных клеточных стенок на их внешней стороне.