Визуализация асимметричного деления оплодотворённых растительных клеток в реальном времени

Группа биологов растений из Института трансформативных биомолекул (ITbM) Университета Нагои, Токийского университета, Института Грегора Менделя и Университета Кентукки сообщила в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences об открытии того, как яйцеклетки растений теряют свою скелетную структуру после оплодотворения и реорганизуются двумя основными компонентами цитоскелета — микротрубочками (MTs) и актиновыми филаментами (F-актином). С помощью визуализации живых клеток группа смогла увидеть, как оплодотворённые яйцеклетки растений подвергаются асимметричному делению, которое определяет ось тела растения.

Оплодотворённая яйцеклетка (зигота), являющаяся началом растения, устанавливает ось тела растения с первого клеточного деления. Перед делением содержимое зиготы распределяется неравномерно (поляризуется). Это приводит к неравному (асимметричному) клеточному делению, в результате которого образуется относительно маленькая клетка вверху и большая — внизу.

В 2015 году исследовательская группа доктора Дайсукэ Курихары из Университета Нагои сообщила о технике визуализации роста живых зародышей у модельного растения Arabidopsis thaliana. Группа улучшила разрешение этой техники, чтобы наблюдать внутреннюю структуру клетки.

Ключевое достижение: Группа впервые визуализировала, как цитоскелет растительных яйцеклеток разбирается после оплодотворения, а затем реорганизуется, создавая полярность в клетке, которая в конечном итоге приводит к асимметричному делению.

Динамика микротрубочек (MTs) и актина (F-актина)

• Микротрубочки: Изначально выровненные вдоль верхне-нижней оси неоплодотворённой яйцеклетки, MTs разрушаются после оплодотворения, что приводит к сокращению клетки. Примерно через 3 часа в верхней части зиготы появляется кольцевая структура, откуда возникает выпячивание, удлиняющее клетку. Эта кольцевая структура сохраняется во время удлинения клетки. В конечном итоге, примерно через 18 часов MTs собираются вокруг ядра и распределяют хромосомы, что приводит к делению клетки примерно через 22 часа.
• Актиновые филаменты: Как и MTs, первоначальная сборка F-актина в неоплодотворённой яйцеклетке нарушается при оплодотворении. Однако после оплодотворения они выравниваются вдоль верхне-нижней оси и собираются в структуру типа "шапочки" на кончике клетки.

Функциональные роли цитоскелета

Используя ингибиторы, группа исследовала специфические роли каждого компонента:

• Ингибирование MTs препятствует удлинению зиготы, в результате чего её верхняя часть приобретает округлую и вздутую форму.
• Ингибирование F-актина не позволяет ядру перемещаться вверх, и оно остаётся ближе к центру зиготы. В результате деление клетки происходит в положении ядра, что приводит к почти симметричному делению, при котором образовавшиеся клетки имеют схожий размер.

Вывод: MTs отвечают за удлинение зиготы вдоль верхне-нижней оси, тогда как F-актин играет роль в перемещении ядра к верхней части зиготы, подготавливая её к асимметричному делению.

Это исследование впервые позволило визуализировать в реальном времени событие асимметричного клеточного деления, включая удлинение зиготы и миграцию ядра.