Фазово-контрастная микротомография выявляет детали колонизации сосудов корней томата грибом Fusarium oxysporum.
Почвенные грибные патогены являются причиной значительных сельскохозяйственных потерь во всем мире, однако механизмы их проникновения и распространения внутри корней растений до сих пор полностью не изучены. Один из наиболее опасных видов, Fusarium oxysporum, поражает сосудистую систему таких культур, как томаты, постепенно блокируя транспорт воды и вызывая сосудистое увядание.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, ученые использовали фазово-контрастную рентгеновскую микротомографию с синхротронным излучением (SR PC-microCT) для визуализации процесса заражения внутри неповрежденных корней томата в трех измерениях и с субмикрометрическим разрешением. Эксперименты проводились на линии синхротронного излучения SYRMEP синхротрона Elettra в Триесте, Италия.
Визуализация выявила обширное размножение гриба внутри сосудистого цилиндра, а также образование удлиненных эмболий, ориентированных вдоль оси корня. Плотные структуры, видимые внутри стелы, соответствуют грибной биомассе, колонизирующей ксилему и апопластические компартменты, что подчеркивает, как патоген постепенно нарушает внутреннюю архитектуру корня во время инфекции.
Сочетая SR PC-microCT с флуоресцентной микроскопией и расширенным анализом изображений, ученые также показали, что F. oxysporum развивает специализированные структуры проникновения, способные вторгаться в сильно ограниченные пространства растений. Примечательно, что гриб может уменьшить диаметр своих гиф более чем в двадцать раз, чтобы колонизировать наноразмерные апопластические среды внутри корня.
В отличие от традиционной оптической микроскопии, фазово-контрастная визуализация на основе синхротронного излучения позволяет неразрушающим методом наблюдать весь объем корня, сохраняя при этом естественную организацию тканей. Такой подход позволяет исследователям одновременно наблюдать распределение грибов, образование эмболий и прогрессирующее разрушение тканей во время инфекции.
Полученные результаты дают новое представление о стратегиях трехмерной колонизации, используемых сосудистыми грибными патогенами, и демонстрируют потенциал SR PC-microCT для исследования взаимодействия растений и патогенов в неповрежденных биологических образцах.
Источник: University of Naples Federico II. Авторы: Луиджи Ф. Ди Костанцо, Давид Турра.
На фото: виртуальный продольный срез корня томата, инфицированного Fusarium oxysporum, полученный с помощью микроКТ высокого разрешения (SR PC-microCT). Контраст в оттенках серого выделяет структуры, связанные с грибом, ткани растения и заполненные воздухом эмболии во время колонизации сосудов. Зеленые/желтые области соответствуют реконструированным тканям корня растения, окружающим эмболизированные сосудистые каналы. Масштабная линейка: 0,2 мм. Предоставлено авторами.