Ученые визуализировали развитие сложных форм внутри растения
Растения не просто растут — они строят. Сложные формы самой разной флоры — от величественных деревьев до нежных цветов — вылеплены с удивительной точностью. Биологи и биофизики из Монреальского университета (UdeM) раскрыли трехмерные механизмы этого сложного процесса. Исследование вышло в журнале Nature Plants.
В центре внимания ученых оказались пыльники — мужские репродуктивные органы цветков, расположенные на концах тычинок. Это довольно сложные структуры, и исследователям впервые удалось, по сути, заглянуть внутрь — в течение нескольких дней они отслеживали рост каждой клетки пыльника.
Механические силы в действии
Растения состоят из крошечных клеток, окруженных жесткими клеточными стенками и организованных в ткани. Эпидермис, самый наружный слой, легко изучать под микроскопом, и принято считать, что он играет ключевую роль в активном контроле роста и развития.
Новое исследование свидетельствует, что внутри происходят процессы не менее сложные и интересные. Используя передовые методы визуализации, биологи количественно оценили клеточный рост во всех тканевых слоях пыльника в 3D. Это выдающееся достижение: никогда ранее ни одна растительная или животная система не была так детально картирована в трехмерном пространстве.
«Традиционно исследования развития растений фокусировались на эпидермисе как на ключевой ткани, определяющей рост органов. Но наши данные показывают, что локальное, более быстрое расширение внутренних клеток стимулирует рост пыльников, активно выталкивая их наружу и растягивая окружающий эпидермис», — поделился молекулярный биолог Даниэль Кержковски с факультета биологии UdeM. «Механическая сила, создаваемая внутренними тканями, изменяет паттерны роста эпидермиса и модифицирует форму его клеток. Это пример клеточной координации между тканевыми слоями посредством физических сил», — добавила биофизик Анн-Лиз Рутье-Кержковска.
Повод к переосмыслению
Эта работа подчеркивает важность внутренних тканей в морфогенезе — аспект, часто упускаемый из виду из-за технических сложностей количественной оценки роста и механических свойств под эпидермисом.
«Наша работа побуждает к переосмыслению других растительных органов и животных систем, где внутренние ткани могут играть аналогичную роль», — сказал Кержковски.
Исследование не просто объясняет, как пыльник приобретает свою форму — оно дает понимание биологии развития, добавила Рутье-Кержковска: «Мы показали, что анатомия — то, как клетки сформированы и расположены — ключевой фактор, определяющий потенциал роста в каждом тканевом слое органа. Различные потенциалы роста приводят к механическим взаимодействиям, которые, в свою очередь, формируют весь орган, а также отдельные клетки внутри тканей».
В перспективе команда планирует исследовать, как растения производят такие сложные действия, как спиральный рост усиков или проникновение корней в почву.
«Наша работа может вдохновить на создание умных материалов и мягких роботов. Возможности огромны. Растения продолжат удивлять нас разнообразием», — заключила Рутье-Кержковска.
Ученые впервые в истории увидели, как растения строят свои клеточные стенки — видео
Дыхание растений сняли на видео