Новая технология визуализации позволяет получать 3D-изображения целых растительных тканей

Внутренняя клеточная жизнь растения так же насыщенна, как и его цветение. В каждой растительной ткани — от кончика корня до кончика листа — существуют сотни типов клеток, которые передают информацию о функциональных потребностях и изменениях окружающей среды. Новая технология, разработанная учёными Института Солка, позволяет запечатлеть этот внутренний мир растений с беспрецедентным разрешением, открывая путь к пониманию реакции растений на изменение климата и созданию более устойчивых сельскохозяйственных культур.

Метод, названный PHYTOMap, позволяет визуализировать целые растительные ткани (например, весь кончик корня), а не их небольшой срез, и даёт представление о сложных биологических взаимодействиях между клетками, которые трудно уловить в двух измерениях.

Метод был подробно описан в журнале Nature Plants 12 июня 2023 года. Исследователи ожидают, что PHYTOMap быстро получит распространение в мировом научном сообществе.

"PHYTOMap позволяет нам исследовать десятки генов растений и видеть, какие клетки экспрессируют эти гены, как клетки влияют друг на друга и как архитектура ткани влияет на эти клетки", — говорит профессор Джозеф Экер, директор Лаборатории геномного анализа и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза. — "Мы можем затем использовать эти ответы для улучшения сельскохозяйственных культур, прогнозирования реакции растений на изменение климата и многого другого".

Существующие методы визуализации могут отслеживать лишь небольшое количество генов в одном типе растительной ткани и требуют изменения генетической структуры растений (создания трансгенных линий). PHYTOMap (сокращение от plant hybridization-based targeted observation of gene expression map) позволяет исследователям одновременно изучать десятки генов без трудоёмких генетических манипуляций с растением.

"PHYTOMap смог картировать различные гены, специфичные для определённых типов клеток, в ожидаемых локациях кончиков корней в 3D", — говорит постдок Тацуя Нобори из лаборатории Экера. — "Теперь мы можем использовать PHYTOMap, чтобы задавать более сложные вопросы, например, как разные типы клеток реагируют и отвечают друг на друга и на окружающую среду".

Помимо высокой эффективности, PHYTOMap также доступен — используемая методика относительно стандартна, а связанные с ней затраты минимальны.

"С PHYTOMap мы сможем задавать так много новых биологических вопросов. Не могу дождаться, чтобы использовать этот метод, чтобы увидеть, как растения взаимодействуют с окружающими микроорганизмами", — говорит Нобори.

"PHYTOMap значительно упрощает визуализацию клеток в растительных тканях — нет необходимости изменять генетическую структуру растения или помечать клетки цветными маркерами", — добавляет Экер. — "Я с нетерпением жду, как PHYTOMap ускорит усилия по пониманию регуляции генов растений в ходе нормального развития и в различных условиях окружающей среды, а также как это может помочь в оптимизации сельского хозяйства".

В будущем лаборатория Экера планирует использовать PHYTOMap для лучшего понимания регуляции клеточных популяций в различных растительных тканях, чтобы в конечном итоге создать сельскохозяйственные культуры, более устойчивые к изменению климата.