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
 
Дизайн-субботник пройдет у «Юности» 23 июня культурное пространство «Юности» ждут большие перемены, а вас – уроки труда, истории, географии, биологии и музыки.
20.06.2018 Газета Бумеранг
Новый центр тестирования иностранных граждан появился в Новосибирской области.
14.06.2018 Газета Ведомости
По информации спасателей, горели два дачных дома, баня и гараж - НГС.Новости По информации спасателей, горели два дачных дома, баня и гараж Рано утром в частном секторе на улице Марата в Первомайском районе Новосибирска загорелся частный дом — пожарным пришлось вызывать дополнительные автоцистерны,
21.06.2018 НГС.Новости
Следов насилия на теле женщины не оказалось — в её смерти разбираются следователи и полиция - НГС.Новости Следов насилия на теле женщины не оказалось — в её смерти разбираются следователи и полиция Днём 20 июня новосибирские спасатели достали из водоёма в Дзержинском районе мёртвую женщину — причина её смерти пока неизвестна.
21.06.2018 НГС.Новости
В городе Новосибирске завершено расследование уголовного дела по обвинению жителя города Новосибирска в посягательстве на жизнь сотрудников правоохранительного органа - Следственный комитет Первым отделом по расследованию особо важных дел следственного управления Следственного комитета Российской Федерации по Новосибирской области  завершено расследование уголовного дела в отношении 32-летнего мужчины обвин
20.06.2018 Следственный комитет
Праздники старые и новые - Газета Ведомости Какие праздники горожане отмечали за 125-летнюю историю Новосибирска и когда состоялся первый День города, рассказывает сотрудник Музея города Новосибирска Константин ГОЛОДЯЕВ.
21.06.2018 Газета Ведомости
Фото предоставлено государственным ансамблем «Чалдоны» - Советская Сибирь Катерина КОШКИНА Фото предоставлено государственным ансамблем «Чалдоны» В день 125-летия Новосибирска ансамбль «Чалдоны» порадует горожан новыми песнями Коллектив, который в следующем году отметит тридцатилетие,
21.06.2018 Советская Сибирь
Лучшие спектакли пермского «Театра-Театра» представят в новосибирских «Глобусе» и «Старом доме» - Sib.Fm В России действует масштабная программа «Большие гастроли-2018». При поддержке министерства культуры Пермского края «Театр-Театр» с 22 по 26 июня представит в Новосибирске пять спектаклей.
21.06.2018 Sib.Fm
В кинотеатре «Победа» вышел в прокат фильм «Дело Собчака», вызвавший у российской общественности волну обсуждения.
20.06.2018 Газета Ведомости
На сцене Новосибирского оперного прошли премьеры одноактных балетов Эдварда Клюга 13 и 14 июня известный румынский хореограф Эдвард Клюг впервые представил в НОВАТе свои одноактные балеты « Ssss ...
20.06.2018 Газета Бумеранг
День города-2018: спортивные площадки праздника - Мэрия Новосибирска 24 июня, в День города, управление физической культуры и спорта мэрии Новосибирска, МАУ «Стадион» подготовили разнообразную спортивно-развлекательную программу.
21.06.2018 Мэрия Новосибирска
Фан-зона на Михайловской набережной стала местом притяжения тысяч новосибирских болельщиков.
20.06.2018 Газета Ведомости
Сильные, крепкие, надёжные мужчины всегда в цене. По мнению первого вице-спикера Законодательного собрания Новосибирской области Андрея Панфёрова, сегодня — особенно.
20.06.2018 Газета Ведомости
16-17 июня прошел VI районный молодежный туристский фестиваль « ТурФест -2018», организованный молодежным центром «Мир молодежи» Каждый год организаторы Турфест а придумывают всё новые формы и тематику мероприятия,
20.06.2018 Газета Бумеранг
Следов насилия на теле женщины не оказалось — в её смерти разбираются следователи и полиция - НГС.Новости Следов насилия на теле женщины не оказалось — в её смерти разбираются следователи и полиция Днём 20 июня новосибирские спасатели достали из водоёма в Дзержинском районе мёртвую женщину — причина её смерти пока неизвестна.
21.06.2018 НГС.Новости
С 26 июня специалисты филиала «Тепловые сети» новосибирского филиала Сибирской генерирующей компании будут проводить испытания тепловых сетей на плотность и прочность в зоне теплоснабжения от ТЭЦ-4 (второй этап).
21.06.2018 Мэрия Новосибирска
С 26 июня специалисты филиала «Тепловые сети» новосибирского филиала Сибирской генерирующей компании будут проводить испытания тепловых сетей на плотность и прочность в зоне теплоснабжения от ТЭЦ-5.
21.06.2018 Мэрия Новосибирска