Stulbinantys vaizdai, užfiksuoti naudojant augalų ląstelių švytinčias savybes

Zea mays Fluorescence Patterns

Formaldehido fiksacija pagerina audinių fluorescencijos modelius kukurūzų (Zea mays) lapų skerspjūviuose. Gydymas paraformaldehido fiksatoriumi atskleidė išskirtinę mėlyną / žalią epidermio, trichomų, ksilemo, floemo ir bulių ląstelių fluorescenciją, atsirandančią dėl aldehido sukeltos fluorescencijos. Palyginimui, raudona chlorofilo autofluorescencija buvo pastebėta pluošto apvalkalo ląstelėse ir lapų skerspjūvių mezofile. Šis mėginys buvo paruoštas naudojant formaldehido fiksavimo ir konfokalinio vaizdo gavimo metodiką, aprašytą Pegg ir kt. šio numerio „Dumbliai iki Angiosperms: Autofluorescence, skirta greitai vizualizuoti augalų anatomiją tarp įvairių taksonų“. Viridiplantae taksonų mėginių, tokių kaip Zea mays, fiksavimas formaldehidu sukuria naudingų struktūrinių duomenų, tačiau nereikia papildomo histologinio dažymo ar valymo. Be to, norint gauti vaizdą, reikia tik specializuotos įrangos – fluorescencinių mikroskopų. Kreditas: Timothy J. Pegg

Mokslininkai aptiko anksčiau nežinomas bakterijų ir pirmuonių kolonijas, žiūrėdami pro jo pagal užsakymą pagamintus mikroskopus. Ląstelių, organelių, baltymų ir net molekulių architektūra nuo to laiko buvo apšviesta visame gyvybės medyje. Tačiau nepaisant šios pažangos, kliūtys vis dar išsamiai apibūdina mikroskopinį pasaulį. Prieš apžiūrint mikroskopu, audiniai ir ląstelių komponentai turi būti nudažyti dažais ir fiksatoriais ir ilgai paruošti.

Naujame žurnale paskelbtame tyrime Taikymas augalų moksluosemokslininkai išvengia poreikio dažyti mėginius, pasinaudodami natūralia audinių autofluorescencija visoje augalų gyvybės medyje.

„Mūsų darbas suteikia ekonomišką, apibendrintą augalų tyrimų protokolą“, – sakė jis. Timothy Peggas, Marietta koledžo kviestinis docentas ir pagrindinis tyrimo autorius.

Kai tam tikri augalų ir gyvūnų audinių tipai sugeria šviesą, jų atomuose esantys elektronai gauna energijos sukrėtimą, dėl kurio jie patenka į sužadinimo būseną. Augalų lapuose šie elektronai tampa tokie nestabilūs, kad išsilaisvina iš atomų ir augalas juos naudoja fotosintezei. Kituose audiniuose energijos perteklius vėl išspinduliuojamas žemo dažnio šviesa, pakankamai ryškia, kad ją būtų galima aptikti specializuotais mikroskopais.

Autofluorescencija ne visada buvo vertinama kaip geras dalykas. Tais atvejais, kai tyrėjai naudojo dėmes, norėdami vizualizuoti konkrečias struktūras, netoliese esančių audinių šviesą skleidžiančios savybės gali trukdyti sumažinti skirtingų tipų ląsteles.

Tačiau tai taip pat gali būti nepakeičiamas atradimų šaltinis. Autofluorescencija buvo naudojama ankstyvo vėžio, taip pat kitų ligų ir patologijų aptikimui. Jis buvo naudojamas tiriant, kaip vabzdžiai naudoja savo liežuvius ir antenas maistui ragauti, driežų uodegos regeneracijos mechanizmus ir analizuoti mikroskopinio planktono įvairovę jūros aplinkoje.

Autofluorescencija vienodai naudinga augalams, kur medienos audiniai yra stabilūs, vandenį sugeriančioms likučiams, dengiantiems sporas ir žiedadulkes, įvairiam toksiškų junginių, gaminančių augalų plėšrūnus, arsenalui.

Tačiau iki šiol mokslininkams trūko vieno visiems tinkančio protokolo autofluorescencinei šviesai aptikti augaluose. Vieningo, standartinio požiūrio trūkumas suprantamas Jie atrinko 12 rūšių iš kelių pagrindinių augalų grupių, kurias skiria daugiau nei 500 milijonų metų evoliucijos istorija, įskaitant pušis, bryofitus, žydinčius augalus ir dumblius.

Naudodami šiuos atstovus jie sukūrė ekonomišką audinių išsaugojimo metodą, nereikalaujant dėmių ar dažiklių.

Nors autofluorescencija dažnai gali būti tiesiogiai vizualizuota naudojant konfokalinius mikroskopus, ją taip pat galima sukelti arba sustiprinti naudojant įvairius fiksatorius, įskaitant alkoholius, etanolį ir junginius, vadinamus aldehidais. Peggas ir jo kolegos iš jų išrinko penkis efektyviausius, kad išbandytų savo augalų pavyzdžius. Po 24 valandų marinavimo fiksatoriuje augalai buvo nuplauti, susmulkinti iki žmogaus plauko pločio ir vizualizuoti ant skaidraus stiklelio.

Kai tyrėjai pažvelgė pro mikroskopą, miniatiūrinis augalų ląstelių ir organelių pasaulis buvo aiškiai sufokusuotas. Viduje standžios chlorofilo linijos. Patikrinę baltymų skleidžiamos šviesos bangos ilgius, jie galėjo atskirti tankius branduolių bruožus ir vandeniui bei cukrui laidų audinį, prasiskverbiantį tarp ląstelių.

Dauguma fiksatorių buvo atliekami tipiniuose augaluose, o rezultatai buvo įspūdingi, tačiau dumbliai buvo išimtis. Dauguma sausumos augalų turi storas, tvirtančias ląstelių sieneles, kurios padeda išvengti vandens praradimo ir kartu suteikia struktūrinę paramą – savybių, kurių dumbliams trūksta. Dėl silpnesnių ląstelių pastolių etanolis ir alkoholio fiksatoriai greitai prasiskverbė į tyrime naudotų dumblių ir vienintelių kepenėlių (ir augalų, glaudžiai susijusių su samanomis) ląstelių sieneles, todėl organelės susiraukšlėjo ir deformavosi. Šiems mėginiams Pegg rekomenduoja naudoti aldehido fiksatorius arba sutrumpinti mėginio paruošimo etapuose naudojamą laiką.

Daugumoje tyrimų laboratorijų taip pat nėra galingų konfokalinių mikroskopų, reikalingų ląstelinėms struktūroms apžiūrėti smulkiu masteliu, užuot mokėję valandinius tarifus už naudojimąsi jų institucijos teikiama įranga – problemą, kurią Peggas ir jo kolegos tikisi išspręsti jų protokolu.

„Mūsų paprasta mėginių paruošimo technika gali sumažinti pažangių mikroskopų naudojimą“, – sakė dr. Robertas Bakeris, Majamio universiteto biologijos docentas ir vyresnysis tyrimo autorius.

Visos tyrime naudojamos cheminės medžiagos ir reagentai yra panašiai nebrangūs ir lengvai prieinami, o tai reiškia, kad tarpląstelinė augalų sąveika naudoja šį protokolą.

Nuoroda: Timothy J. Pegg, Daniel K. Gladish ir Robert L. Baker „Dumbliai į gaubtasėklius: Autofluorescencija, skirta greitai vizualizuoti augalų anatomiją tarp įvairių taksonų“, 2021 m. liepos 2 d. Taikymas augalų moksluose.
DOI: 10.1002 / aps3.11437

Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas.