Измерено содержание ионов в разных типах растительных клеток

Распределение ионов по тканям корня растения необходимо исследовать, чтобы понять, как функционирует этот орган, однако до сих пор не существовало эффективных методов для подобных исследований. В новой работе исследователи из Германии и Великобритании использовали для этого модифицированные методы флуоресцентной сортировки клеток и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС).

Метод ИСП-МС основан на подаче жидкого образца в виде аэрозоля на плазму; в результате капли испаряются, а содержащиеся в них атомы распадаются на ионы, которые подаются для анализа на масс-спектрометр. До сих пор ИСП-МС использовался в основном для анализа целостных тканей без разделения на типы клеток. А методы анализа конкретных гистологических регионов все еще не позволяли раздельно анализировать апопласт (внеклеточные структуры — клеточные стенки с межклетниками) и симпласт (протопласты клеток).

Исследования проводились на классическом модельном объекте — резуховидке Таля, или арабидопсисе (Arabidopsis thaliana). Первым шагом стало получение «чистых» протопластов без примеси внешних ионов. Для этого применялся модифицированный протокол, в котором клетки помещали в раствор маннита, содержащий ферменты для гидролиза клеточной стенки. Протопласты затем несколько раз промывали чистым раствором маннита для удаления загрязнений. В полученных таким образом протопластах определили содержание ионов и сравнили результатов с теми, что получились при анализе цельных тканей; оказалось, что данный метод позволяет выявлять различия в содержании ионов в клеточных стенках и симпласте. Так, при недостатке калия содержание кальция и магния повышалось в цельных тканях, но не в протопластах.

Дальнейшие тесты показали, что проведение сортировки и анализ протопластов в течение 30 минут после их изоляции позволяет избежать значимых изменений в уровне содержания ионов. Результаты необходимо корректировать с учетом содержания ионов в буфере для сортировки.

Анализ разных типов клеток выявил различия в распределении элементов по тканям корня: в частности, содержание большинства элементов было выше во внутренних тканях

Авторы провели ряд экспериментов с нокаутом различных ионных транспортеров и изменением содержания элементов в среде. Особый интерес представляют результаты анализа корней при недостатке железа (Fe). Низкая специфичность транспортера IRT1 приводит к тому, что при недостатке Fe он начинает захватывать ионы другие металлов —марганца (Mn), цинка (Zn) и меди (Cu). Трихобласты (клетки, образующие волоски корня) накапливали существенно больше Mn, Zn и Cu, чем все другие типы клеток, в то время как эндодермальные клетки содержали наибольшее количество Fe и наименьшее количество побочных элементов.

Один из основных транспортеров марганца — MTP8. На mtp8^- мутантах, выращенных при недостатке Fe и в присутствии Mn, восстановление экспрессии транспортера в трихобластах, но не в эндодермальных клетках было достаточно для предотвращения проявления симптомов Mn-токсичности на листьях. Наконец, авторы искусственно предотвратили образование удлиненных волосков, не нарушая другие функции трихобластов. Это снизило содержание в них Mn при недостатке Fe. В сумме результаты этих опытов указывают на ключевую роль трихобластов в защите растения от токсичности, связанной с аккумуляцией Mn, и подчеркивают роль размера клетки в её способности улавливать и удерживать ионы.

Данный протокол открывает новые пути изучения биологии растений, отмечают авторы.

Исследованы гены грибов, обитающих в корнях растений