Ученые раскрыли механизм деления оплодотворенных семян риса и формирования их «оси тела». Используя новый метод визуализации, они обнаружили, что, хотя первая клетка сначала делится асимметрично, за этим следует случайный рост и, по-видимому, «коллективное» определение оси тела. Это существенное отклонение от известных механизмов, редкая возможность заглянуть в процесс рождения и роста растительных эмбрионов.
Одна из загадок в ботанике — это то, как растения формируют свою «ось тела», то есть направление, в котором они развивают различные части своего тела. Ученые только начинают разбираться в сложной последовательности событий, ведущих к формированию оси, начиная с одной оплодотворенной клетки или зиготы.
Исследования на модельном растении резуховидке Таля (Arabidopsis thaliana), арабидопсисе, показали, что ось уже определена, когда зигота разделяется на две отдельные дочерние клетки. Каждая из них содержит разные белки и проходит разные стадии роста; одна начинает удлиняться, а другая — нет. Это означает, что их «апикально-базальная» (от кончика к основанию) ось определяется с момента первого деления.
Однако, хотя арабидопсис является важным модельным организмом для изучения растений, неясно, сохраняется ли этот механизм в идентичной форме у других растений.
Группа ученых во главе с доцентом Ацуко Киноситой из Токийского столичного университета изучала рис. Они использовали трехмерную конфокальную микроскопию для получения изображений трехмерной структуры раннего эмбриона, начиная от одной зиготы и заканчивая несколькими сотнями клеток. Результаты исследования опубликованы в журнале Plant and Cell Physiology.
Изучение растительных клеток таким способом крайне затруднительно из-за плохого качества изображения, когда клетки становятся слишком тесными. Уникальный успех был достигнут благодаря использованию новых методов, позволяющих получить четкое изображение клеток и заглянуть внутрь скоплений.
Исследователи обнаружили, что развитие риса происходит совершенно иначе, чем у арабидопсиса. Во-первых, зигота риса расщепляется вдоль плоскости, диагональной к ее продольной оси, оставляя две асимметричные дочерние клетки: апикальную и базальную.
Любопытно, что обе клетки начали делиться, по-видимому, случайным образом, образуя приблизительно сферическую «каплю» без видимой направленности. Чтобы лучше понять, что происходит внутри, исследователи отследили появление ауксина, ключевого гормона роста растений. Только на второй день, после образования нескольких десятков клеток, ауксин был обнаружен в центре этой «капли».
Затем ауксин распространился в сторону базальной части клетки. Это предполагает, что клетки действуют «коллективно», обеспечивая развитие оси по всей сферической области. Это явно отличается от локализованной «поляризации» на уровне отдельных клеток, наблюдаемой у арабидопсиса, и показывает, что поддержание апикально-базальной оси устойчиво к кажущейся случайности расположения клеток в эмбрионе.
Результаты исследований команды не только предоставляют редкую возможность заглянуть в эмбриогенез важного для сельского хозяйства растения, но и предлагают новую концепцию, с помощью которой можно отслеживать развитие эмбрионов у самых разных других растений.
Источник: Tokyo Metropolitan University.
На фото вы видите трехмерную визуализацию раннего эмбриогенеза риса. Трехмерная конфокальная микроскопия осветленных клеток позволяет выявить структуру и свойства отдельных клеток внутри растущего эмбриона, начиная с одной зиготы. Источник: Токийский столичный университет.