11:15 2023-10-03
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Cum își schimbă pereții celulari noii plantelor proprietățile mecanice după diviziunea celulară
_ Ce nou pereții celulelor plantelor își schimbă proprietățile mecanice după diviziunea celulară
Oamenii de știință au dezvăluit că noii pereți celulari vegetali pot avea proprietăți mecanice semnificativ diferite în comparație cu pereții celulari parentali din jur, permițând celulelor să-și schimbe forma locală și să influențeze creșterea plantelor. organe.
Aceasta este prima dată când oamenii de știință au legat mecanica de „vârsta” peretelui celular și a fost posibilă doar printr-o nouă metodă care urmărește aceleași celule în timp și prin runde succesive de diviziune.
Cercetătorii de la Cambridge au putut să vadă pereții noi formându-se și apoi să le măsoare proprietățile mecanice. Această lucrare de pionierat a arătat că pereții celulari noi la unele plante sunt de 1,5 ori mai rigizi decât pereții celulari parentali din jur – o descoperire neașteptată și surprinzătoare.
Mărimea și forma organelor plantelor, cum ar fi frunzele și florile, sunt rezultatul interacțiuni complexe între genetică, semnalizare, feedback mecanic și indicii de mediu. Deși am făcut multe progrese în înțelegerea acestor procese, nu este întotdeauna ușor să conectăm ceea ce se întâmplă la scară celulară cu ceea ce se întâmplă la scara organelor.
Cercetări întreprinse pe două specii de plante înrudite la distanță la Laboratorul Sainsbury Universitatea Cambridge (SLCU) oferă noi dovezi care sugerează că diviziunea celulară la nivel local are un rol activ de jucat în controlul dimensiunii organelor. Proiectul interdisciplinar a fost o colaborare între trei echipe de cercetare SLCU (Robinson Group, Schornack Group și Jönsson Group) și echipa SLCU Microscopy Facilities Team, reunind expertiza în biomecanica experimentală, genetică, imagistică și modelare computațională.
Combinând Imagistica avansată prin microscopie live a celulelor individuale, metode avansate de caracterizare a materialelor și modelare matematică, grupul de cercetare al lui Sarah Robinson a dezvăluit că procesul de diviziune celulară modifică la nivel local proprietățile mecanice ale țesutului în creștere, ceea ce are un impact potențial asupra formei și dimensiunii finale a plantei. organ. Descoperirile au fost publicate în Proceedings of the National Academy of Sciences.
Comparativ cu celulele animale, celulele vegetale sunt închise de o cutie rigidă - peretele celular. Diviziunea celulară implică adăugarea de noi pereți celulari, care modifică stresul mecanic al celulei, geometria acesteia și proprietățile mecanice ale țesutului din jur.
Oamenii de știință au reușit să cerceteze proprietățile mecanice ale pereților celulari individuali. în stratul celular exterior al unui organ al plantei, dar nu știau cât de vechi are fiecare perete și nu puteau decât să ghicească dacă tocmai s-a divizat. Primul autor al lucrării, fost cercetător în Grupul Robinson și acum cercetător la Politecnico di Milano, Alessandra Bonfanti a urmărit celulele de-a lungul timpului și a putut vedea formându-se noi pereți și, prin urmare, a putut să coreleze mecanica cu „vârsta” peretelui celular.
Dr. Bonfanti a dezvoltat un protocol care combină imagistica în timp cu măsurătorile microscopiei de forță atomică (AFM) pentru a mapa în mod sistematic vârsta, creșterea și proprietățile mecanice (rigiditatea) pereților celulelor individuale și pentru a urmări aceiași pereți celulari prin runde succesive de diviziune.
"Știm de ceva timp că peretele celular este un material foarte dinamic. Se adaugă material nou în timpul diviziunii celulare, în timp ce proprietățile mecanice ale peretelui celular sunt modulate în timpul creșterii pentru a permite pereților să sufere modificări semnificative de formă și dimensiune. fără rupere”, a spus dr. Bonfanti. „Cu toate acestea, modul în care proprietățile mecanice ale pereților celulari noi se schimbă tranzitoriu în spațiu și timp a fost încă necunoscut până când am dezvoltat un nou protocol care ne-a permis să măsuram proprietățile mecanice ale pereților celulari în timp.”
„Am folosit acest protocol pentru a aborda modul în care rigiditatea pereților celulari nou formați variază la 24 de ore și 48 de ore până la stadiul de maturitate și modul în care acest lucru afectează formele celulelor locale”, a spus dr. Bonfanti. . „Pentru a face acest lucru, am folosit două sisteme: gemmae ale hepaticei Marchantia polymorpha și prima frunză adevărată de Arabidopsis thaliana în stadiu incipient.”
Celulele din țesuturile tinere ale celor două specii de plante studiate. au inițial o geometrie pătrată similară, ceea ce le-a făcut modele bune de comparat.
„Am caracterizat mai întâi modelul de creștere și diviziune celulară la M. polymorpha gemmae, care a fost încă neclar în literatură”, a spus Dr. Bonfanti. „Apoi, cu măsurători optomecanice, utilizând imagini în timp combinate cu măsurători AFM, am demonstrat că diviziunea celulară în M. polymorpha gemmae are ca rezultat generarea unui nou perete temporar mai rigid și cu creștere mai lentă. În schimb, acest fenomen tranzitoriu este absent în A. thaliana frunze."
De fapt, noii pereți celulari la M. polymorpha au devenit de 1,5 ori mai rigizi decât pereții celulari parentali.
"Am arătat că există diferențe semnificative în rigiditatea pereților celulelor noi în comparație cu pereții parentali și că aceste diferențe contribuie la geometria și creșterea celulelor”, a spus liderul grupului dr. Robinson. „Acest lucru sugerează că diviziunea celulară și proprietățile sale mecanice variabile modifică rata de expansiune a țesuturilor și ar putea afecta dimensiunea finală a organului.”
Dr. Robinson a explicat semnificația descoperirii: „Știam deja că pereții celulari se slăbesc și devin mai moi atunci când celulele cresc, deoarece pereții trebuie să se întindă, astfel încât celulele să se poată extinde pe măsură ce cresc. Dar nu știam ce se va întâmpla când o celulă se divide. și ce proprietăți ar avea noul perete celular rezultat. Ar fi aceleași sau diferiți cu pereții din țesutul înconjurător și cum ar avea acest impact asupra creșterii celulelor?"
"Faptul că noii pereți celulari sunt rezultate mult mai rigide în limitarea creșterii organelor, deoarece împiedică creșterea și influențează forma celulelor componente."
"Celulele M. polymorpha își schimbă, de asemenea, geometria și dezvoltă un unghi de joncțiune de 120° mai rapid de formare. geometriile celulelor mai apropiate de formele hexagonale, despre care se crede că sunt cele mai eficiente forme în ceea ce privește formarea unui material pentru a acoperi o zonă. Modelarea computațională realizată în acest proiect de Euan Smithers și Ross Carter a oferit dovezi că prezența unui nou perete rigid. accelerează formarea acestor unghiuri de 120°."
"Este important să știm că noul perete celular poate fi diferit de peretele parental și acest lucru ne oferă noi întrebări de explorat - acesta este întotdeauna cazul, în ce condiții și de ce este așa?"
Comentarii:
Adauga Comentariu