Роботизированное устройство отслеживает рост растений на клеточном уровне

Определение того, как различные обработки и условия влияют на механические свойства клеток растений, позволит учёным понять рост растений на клеточном уровне и найти способы его усилить. В прорывной статье, опубликованной в The Plant Cell, представлен инновационный роботизированный инструмент, измеряющий механические свойства клеток растений с клеточным разрешением.

Учёные-растениеводы получили новый инструмент — автоматизированный конфокальный микро-экстензометр (ACME), разработанный международной группой исследователей. Он позволяет с беспрецедентной точностью измерять пространственные вариации механических свойств клеток растений.

Рост растительной клетки ограничен механическими свойствами окружающей клеточной стенки. Считается, что клеточные стенки в растущих частях растения гораздо более растяжимы (extensible), чем в зрелых. Эти локальные различия влияют на общую форму растения. До сих пор не было возможности измерить растяжимость клеточной стенки в направлении роста у живых растений. Команда под руководством Криса Кульмайера создала систему, которая это делает.

«Интуитивно самый простой способ — растянуть растение и посмотреть, насколько растягивается каждая клетка», — объясняет первый автор Сара Робинсон. Используя этот принцип, исследователи собрали роботизированный конвейер из специальных и коммерчески доступных компонентов. Они разработали специализированное устройство, которое удерживает растения, не повреждая их, а затем растягивает с заданным усилием. Устройство, установленное на микроскопе, управляется программным обеспечением, позволяющим пользователю задавать продолжительность и степень растяжения. Во время процесса делаются высокоразрешающие снимки, а специальное ПО использует их для вычисления механических свойств в разных областях растения. Устройство назвали ACME по аналогии с вымышленной корпорацией из мультфильмов про Road Runner и Койота.

С помощью ACME авторы продемонстрировали, что клетки в стеблях проростков проявляют градиент механических свойств в присутствии гормона роста гибберелловой кислоты. Кроме того, они показали, что растяжение вызывает необратимое увеличение длины живых растительных клеток, но в мёртвых растительных тканях это увеличение частично обратимо после прекращения растяжения. Хотя ACME был создан для работы с мелкими образцами (в исследовании использовалось небольшое растение резуховидка Таля), его можно адаптировать для более крупных образцов и других систем визуализации.

Команда сделала всю информацию, необходимую для создания этой системы, общедоступной, чтобы другие лаборатории могли использовать ACME в своих исследованиях. «У ACME много приложений и потенциал для будущего использования», — говорит Сара Робинсон. Например, устройство может помочь понять механизмы, с помощью которых различные воздействия и обработки изменяют рост растений на клеточном уровне. Оно также может выявить условия и методы, способствующие растяжимости клеточной стенки и, следовательно, усиливающие рост растений. Учитывая растущие потребности в производстве биомассы, это очень многообещающая перспектива.