Robot-enhed sporer plantevækst på celleniveau

At bestemme, hvordan forskellige behandlinger og tilstande påvirker plantecellers mekaniske egenskaber, kunne give forskere mulighed for at forstå plantevækst på celleniveau og udtænke måder at forbedre den på. I en gennembrudsrapport offentliggjort i The Plantecelle , et team af forskere introducerer et innovativt robotværktøj, der måler de mekaniske egenskaber af planteceller med cellulær opløsning.

Planteforskere har et nyt værktøj i deres værktøjskasse. Det automatiserede konfokale mikroekstensometer (ACME)-udviklet af et team af forskere i Europa og USA-gør det muligt for forskere at måle rumlig variation i plantecellers mekaniske egenskaber med en hidtil uset nøjagtighed.

Plantecellevækst er begrænset af de mekaniske egenskaber af den omgivende cellevæg. Cellevægge i de voksende dele af en plante menes at være meget mere strækbare (strækbare) end i modne dele, og disse lokale forskelle i cellevægsstrækbarhed påvirker plantens overordnede form. Indtil nu, det var ikke muligt at måle cellevægs forlængelighed i vækstretningen i levende planter. Et team af forskere ledet af Cris Kuhlemeier fra Institut for Plantevidenskab ved Universitetet i Bern i Schweiz skabte et system, der gør netop det.

"Intuitivt er den enkleste måde at gøre dette på at strække planten og se på, hvor meget hver celle strækker sig, " forklarer førsteforfatter Sarah Robinson. Ved at bruge dette princip, forskerne flettede sammen en robotrørledning, der kombinerer brugerdefinerede og kommercielt tilgængelige dele. De designede en specialiseret enhed, der holder planter på plads uden at beskadige dem og derefter strækker dem under et defineret træk. Enheden, som er monteret på et mikroskop, styres af software, der giver brugeren mulighed for at specificere varigheden og graden af ​​udstrækning. Højopløselige billeder af planten tages under udstrækning, og specialbygget software bruger billederne til at beregne mekaniske egenskaber i forskellige områder af anlægget. Forfatterne opkaldte enheden ACME efter det fiktive selskab, der var med i Road Runner/Wile E. Coyote-tegnefilmene, fordi de var inspireret af Wile E. Coyotes utrættelige indsats. "Heldigvis, til sidst, vi var mere succesrige, men nogle af vores prototyper var mindre elegante og involverede en masse scotch tape, " joker Sarah.

Ved hjælp af ACME, forfatterne påviste, at celler i stænglerne af frøplanter udviser en gradient af mekaniske egenskaber i nærvær af plantevæksthormonet gibberellinsyre. Desuden, de brugte deres alsidige system til at vise, at strækning forårsager irreversible stigninger i cellelængde i levende planteceller, men at stigningerne i cellelængde delvist vendes i døde plantevæv, når strækningen stopper. Mens ACME blev bygget til at rumme små prøver - den prøve, der blev brugt i denne undersøgelse, var en lille ukrudtsplante kendt som thale karse - kan den let tilpasses til brug med større prøver og forskellige billeddannelsessystemer.

Teamet har stillet alle de nødvendige oplysninger til rådighed for at skabe dette system, så planteforskere i andre laboratorier kan bruge ACME i deres egen forskning. "ACME har mange applikationer og muligheder for fremtidig brug, " siger Sarah Robinson. For eksempel, denne enhed kan hjælpe os med at forstå de mekanismer, hvorved forskellige input og behandlinger ændrer plantevækst på celleniveau. Desuden, det kan belyse tilstande og behandlinger, der fremmer plantecellevæggens udvidelse, og dermed øge plantevæksten på celleniveau. I lyset af de eskalerende krav til biomasseproduktion, dette er en meget spændende udsigt.