Ученые НГУ и ИЦиГ СО РАН вместе с коллегами из Германии построили 3d модель корня растения для исследования стволовых клеток

Фото: nsu.ru

Сотрудники лаборатории компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики ФЕН НГУ вместе с учеными из Института цитологии и генетики СО РАН и Фрайбургского университета (Германия) реконструировали 3d модель ядер клеток корня, чтобы изучить, как расположены в ткани стволовые клетки.

Сам по себе корень очень интересен для исследований, потому что он обеспечивает растение водой, необходимыми для роста микроэлементами из почвы, удерживает растение в земле. А «родоночальник» всего органа — кончик корня, именно в нем находятся стволовые клетки, которые делятся и удлиняются, что позволяет корню расти.

Мы работали с модельным объектом резуховидкой Таля (Arabidopsis thaliana), исследуя область кончика корня длиной до 1 мм. Мы использовали лазерную конфокальную микроскопию, которая позволяет заглянуть внутрь корня не разрезая его. Для этого проводилась специальная подготовка растений — перед исследованием добавлялись флуоресцентные белки-красители, встраивающиеся в клеточные ядра корневой системы. Лазерный луч с определенной длиной волны возбуждает эти флуоресцирующие белки, микроскоп «видит» клеточные ядра и сканирует корень горизонтальными слоями — до 150 слоев на сто микрон. Обработка полученного массива данных, велась в программе, разработанной нашими коллегами из Фрайбургского университета, в которой мы реконструировали поперечные и продольные сечения. Программа применяет технологию распознавания ядер с нанесением их на цилиндрическую систему координат и позволяет восстановить трехмерное расположение клеточных ядер. В результате мы получили модель корня, которую можно «покрутить» со всех сторон и даже заглянуть внутрь — посмотреть пространственные взаимосвязи между клетками внутри органа, — рассказала младший научный сотрудник лаборатории компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики НГУ, и.о. зав. сектора системной биологии морфогенеза растений ИЦиГ СО РАН Виктория Лавреха .

Если рассматривать поперечный срез кончика корня — в нем есть несколько типов клеток, расположенных цилиндрическими слоями друг за другом, от внешней части к центру: эпидермис, кортекс, эндодермис, перицикл и сосудистая ткань в самой середине. В сосудистой ткани выделяют подтипы клеток — флоэмы и ксилемы — их «задача» проводить органические и неорганические вещества. С помощью 3d модели исследователи показали как эта структура формируется из недифференцированных клеток в кончике корня.

У корня модельного растения — два столбика флоэмных и ксилемных клеток, “пронизывающих” корень по всей длине (см рисунок), отличающихся друг от друга функционально и гистологически и расположенных по законам диархной симметрии. Это значит, что через центр органа можно провести две взаимно перпендикулярные плоскости — и относительно каждой из них, корень симметричен — т.е. повторяются клетки одних и тех же типов. Существуют корневые системы, где этих пучков клеток по три, четыре и более. Как происходит деление? Флоэма «рождается» из протофлоэмных клеток: они дифференцируются (выбирают свое назначение) первыми — пропадают ядра и клетки начинают напоминать сосуды. Протоксилемные клетки находятся перпендикулярно протофлоэмным, и хотя делятся дольше, но также «специализируются» довольно рано. Получается, что в кончике корня есть своеобразные «полюса», возле которых и происходит деление. Например, из клеток перицикла (слой ткани вокруг сосудистой) на протоксилемных полюсах, образуются боковые корни , — говорит Виктория Лавреха.

В результате наблюдений ученым удалось выяснить, что уже у стволовых клеток сосудистой ткани — протофлоэмных и протоксилемных полюсов — есть особый микроклимат — который влияет на скорость деления близлежащих стволовых клеток. На протоксилемных полюсах перицикла клетки заканчивают делиться раньше и переходят в “режим ожидания”, состояние, которое поддерживается до тех пор, пока эти клетки не начнут формировать боковые корни. Наличие протоксилемных и протофлоэмных полюсов характерно и для эндодермиса, слоя, следующего за перициклом. Например, увеличение рядов в слое эндодермиса происходит за счет делений только на протоксилемных полюсах. Авторы считают, что выбор именно этих клеток для деления связан с концентрацией фитогормонов, распространяющихся от ксилемы в поперечной плоскости корня.

Понимание деталей, того как происходит появление новых клеток в кончике корня, особенно важно для тех случаев, когда нормальные процессы деления в нем нарушены. Поведение стволовых клеток внутри целого органа до сих пор остается малоизученным. Для животных это осложняется способностью клеток к перемещению. 3d модель кончика корня растения — первый пример описания ниши стволовых клеток во всей ее полноте, показывающий как из одной клетки рождается сложность и симметрия.

Подробности эксперимента изложены в журнале The Plant Journal.

 
По теме
Субботник - Управление образования     24 апреля 2019 года состоялся ежегодный санитарный день по уборке территории р.п.
25.04.2019
В Новосибирском ГАУ состоялась 30-ая конференция АККОН - НГАУ 25 апреля в актовом зале НГАУ состоялась ХХХ отчётная конференция Ассоциации крестьянских (фермерских) хозяйств и сельскохозяйственных кооперативов Новосибирской области, посвящённая 30-летию фермерского движения в России.
25.04.2019
 
Студент третьего курса новосибирского колледжа автосервиса и дорожного хозяйства специальности «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» Зубенко Юрий стал победителем в предметных олимпиадах по истории,
25.04.2019
Новосибирские школьники достойно представили свои работы на Всероссийской конференции «Открой в себе учёного» - Министерство образования Работы новосибирских школьников заняли 1, 2 и 3 места на VI Всероссийской научно-инновационной конференция школьников «Открой в себе учёного», которая прошла с 20 по 23 апреля 2019 года в Санкт-Петербурге.
25.04.2019
NSTU_b61516_1556099207.jpg - СУПК 23 апреля 2019 г. прошло Годичное собрание высшей школы г. Новосибирска. В работе собрания приняли участие губернатор Новосибирской области Андрей Травников, министр образования Новосибирской области Сергей Федорчук,
25.04.2019 СУПК
«ОТКРОЙ В СЕБЕ УЧЕНОГО!» - Тогучинский район В период с 19 по 24 апреля в г. Санкт - Петербурге состоялась VI-ая Всероссийская инновационно - научная конференция учащихся "Открой в себе ученого!".
25.04.2019 Тогучинский район
В Новосибирске подведены итоги двух конкурсов, объявленных мэрией в 2019 году: конкурса на предоставление грантов в сфере научной и инновационной деятельности и конкурса премий в сфере науки и инноваций.
25.04.2019 Газета Навигатор
Анжелина ДЕРЯБИНА Фото Алексея ТАНЮШИНА Что ждет тех, кто будет поступать в вузы и учиться в 2019 году Все еще в пять вузов, а не в один смогут одновременно подать документы абитуриенты грядущего лета.
24.04.2019 Советская Сибирь
Спасателей вызвали в бизнес-центр на Орджоникидзе, 18 - НГС.Новости Спасателей вызвали в бизнес-центр на Орджоникидзе, 18 Сегодня утром, 25 апреля, новосибирские спасатели отправились на помощь мойщику окон, который пролетел этаж и застрял в оконных рамах.
25.04.2019 НГС.Новости
В ходе оперативно-разыскных мероприятий сотрудники Управления по контролю за оборотом наркотиков ГУ МВД России по Новосибирской области пресекли деятельность организованной группы, осуществлявшей сбыт героина и гашиша.
23.04.2019 Газета Навигатор
На орбите истории - Советская Сибирь Когда-то музей был… местом гастрономического притяжения Здание, которое современные горожане знают как Новосибирский государственный краеведческий музей, за свою историю сменило несколько хозяев,
25.04.2019 Советская Сибирь
Юные таланты на сцене НОВАТа - Театр оперы и балета 23 апреля в НОВАТе состоялся уникальный концерт – учащиеся двух важнейших федеральных школ - Новосибирской специальной музыкальной школы и Новосибирского государственного хореографического училища - представили замечател
25.04.2019 Театр оперы и балета
Библионочь – 2019 - Тогучинский район Библионочь – звучит заманчиво. 19 апреля 2019 года тогучинские библиотекари уже в шестой раз приняли участие во Всероссийской акции,
25.04.2019 Тогучинский район
20 и 21 апреля на Большой сцене Новосибирского государственного академического драматического театра «Красный факел» состоялась премьера трагифарса «Шут Балакирев» по пьесе Григория Горина.
24.04.2019 Газета Бумеранг
«Записки из Рая» прозвучали со сцены ДК «Приморский» Премьера нового спектакля театра-студии «Струна» прошла в ДК «Приморский» и была посвящена Дню Победы.
24.04.2019 Газета Бумеранг
Открыть оригинальное изображение - Департамент физкультуры и спорта Вчера, 24 апреля, футбольная «Сибирь» провела очередной матч первенства футбольной национальной лиги.
25.04.2019 Департамент физкультуры и спорта
Самбисты Центра спортивной борьбы приняли участие в легкоатлетической эстафете - Федерация Самбо Самбисты МБУ СШОР «Центр спортивной борьбы» приняли участие в районной легкоатлетической эстафете имени поэта-фронтовика Бориса Андреевича Богаткова, посвященной Дню Победы.
25.04.2019 Федерация Самбо
Если вы хотите приобщиться к миру большого тенниса, к спорту, настроиться на здоровый образ жизни, а главное – сделать это легко, непринужденно в хорошей компании на свежем воздухе, тогда это предложение – для вас!
25.04.2019 Газета Навигатор
В Новосибирске пройдет V Открытый турнир по Вовинам Вьет Во Дао 5 мая детско-юношеская спортивная школа «Энергия» примет V Открытый турнир города Новосибирска по Вовинам Вьет Во Дао,
24.04.2019 Газета Бумеранг
Теперь в травмпункте новая просторная зона ожидания - НГС.Новости Теперь в травмпункте новая просторная зона ожидания Днём 25 апреля в детской больнице скорой помощи на Красном проспекте в Новосибирске открылся самый большой травматологический пункт — раньше здесь было слишком мало
25.04.2019 НГС.Новости
JPG Файл - ГУ МВД Новосибирской области Сегодня в Новосибирске состоялось выездное координационное совещание под председательством начальника ГУВМ МВД России генерал-майора полиции Валентины Казаковой.
25.04.2019 ГУ МВД Новосибирской области
Около 3 млрд рублей будет направлено из регионального бюджета на поддержку многодетных семей в 2019 году - Министерство труда и занятости Предоставление автомобилей, жилья, детского питания и лекарств, выплата пособий и компенсация расходов – в Новосибирской области для поддержки многодетных семей реализуется широкая линейка мероприятий.
25.04.2019 Министерство труда и занятости
Света в домах нет уже больше трех часов Вечером в четверг, 25 апреля в Октябрьском районе из-за аварийного отключения без света осталось более 10 домов — электричество в домах этой части района Новосибирска обещают ве
25.04.2019 НГС.Новости
Глава Новосибирской области проконтролировал ход работ в рамках национального проекта «Безопасные и качественные автомобильные дороги» и поручил в сжатые сроки устранить дефекты на дорогах,
25.04.2019 Министерство транспорта
590 млн рублей — это предварительный ущерб от стихии. Погибло 9 990 голов овец, 1 277 голов крупного рогатого скота, 489 лошадей, 118 свиней, 1 868 голов сельскохозяйственной птицы.
25.04.2019 Курьер.Среда.Бердск