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
 
Img_20181116_121303_thumb_main - Sibnovosti.ru В пятницу в Новосибирском государственном техническом университете (НГТУ) прошло официальное открытие академии Интернета вещей (IoT) южнокорейской компании Samsung.
16.11.2018
Я – профессионал - НГАУ Более 350 тысяч студентов зарегистрировались на олимпиаду «Я – профессионал» – на 15% больше, чем в прошлом году Число заявок, поданных на участие в студенческой олимпиаде «Я — профессионал» , превысило 350 тысяч,
16.11.2018 НГАУ
В микрорайоне ОбьГЭС пропала женщина - Газета Навигатор Поисковый отряд «Маяк» просит помощи в розыске и распространении информации о пропавшей Марине Александровне Демидовой, 1973 г.р.
17.11.2018 Газета Навигатор
IMG_20181116_165031 - ГУ МВД Новосибирской области Сотрудники Межмуниципального управления МВД России «Бийское» Алтайского края разыскивают без вести пропавшего жителя города Бийска Алтайского края Серова Евгения Владимировича, 19.09.1995 года рождения,
17.11.2018 ГУ МВД Новосибирской области
При проведении на территории Новосибирска оперативно-профилактического мероприятия «Автомобиль» сотрудниками уголовного розыска раскрыты угоны автотранспорта.
16.11.2018 Газета Навигатор
На мероприятии планировали обсудить ситуацию, связанную с попытками выхода на рынок жилищно-коммунальных услуг иногородней управляющей компании ООО «Домоуправ», по деловой репутации которой есть вопросы.
15.11.2018 Газета Навигатор
О наболевшем... - 49 канал Новосибирск Мальчик мечтал стать космонавтом, но диагноз заставил его жить по другим правилам.
16.11.2018 49 канал Новосибирск
Мороз и ветер – привычные для сибиряков атрибуты поздней осени. Но в «Эдеме» всё, как и положено райским садам: тепло, уют, веселье, зажигательные танцы с нашими друзьями и гостями.
14.11.2018 Газета Бумеранг
Опера для маленьких и взрослых вышла в НОВАТе Уютный грибок-теремок, обустроенный «настоящей» печью».
14.11.2018 Газета Бумеранг
Подведены итоги первого года работы Мультимедийного исторического парка «Россия – моя история» филиала Новосибирского государственного краеведческого музея.
15.11.2018 Сибирский репортер
Мини-футбол. - Федерация футбола НСО Бенфика – Сибиряк 4:2 ПМФК «Сибиряк»: Николай Балашов, Никита Евтушенко – Диего, Сергей Покотыло, Николай Плахов, Иван Бахур, Ильнур Исламов, Рафаэль, Жоан, Фелипе, Андрей Бастриков, Павел Чистополов, Иван Костяной.
17.11.2018 Федерация футбола НСО
Соглашение о сотрудничестве и взаимодействии в развитии физической культуры и спорта Новосибирская область подписала с Добровольным физкультурным союзом.
16.11.2018 Сибирский репортер
У слова «левый» указано множество значений в толковых словарях. Театр «Струна», организатор 6-го фестиваля LeftFest, предлагает несколько своих трактовок.
15.11.2018 Газета Навигатор
Центральный парк зовет на Фестиваль здоровья и скандинавской ходьбы 17 ноября в Новосибирске пройдет фестиваль здоровья и скандинавской ходьбы «Ходи, Новосибирск!» с участием заслуженного мастера спорта России Ириной Слуцкой.
14.11.2018 Газета Бумеранг
Начала работу XXVII отчетно-выборная конференция Новосибирского областного отделения КПРФ - КПРФ Более ста делегатов от местных отделений КПРФ всех районов Новосибирска и Новосибирской области принимают участие в XXVII отчетно-выборной конференции Новосибирского областного отделения КПРФ, которая проходит в здании Облпотребсоюза.
17.11.2018 КПРФ
Открыть оригинальное изображение - Департамент физкультуры и спорта Сегодня, 17 ноября, в Центральном парке Новосибирска состоялся «Фестиваль здоровья и скандинавской ходьбы «Ходи,
17.11.2018 Департамент физкультуры и спорта