Протопласт паренхимы листьев цитрусовых просматривают под разными источниками света и фильтрами после инкубации в Hoechst 3342, Neutral Red и MitoTracker Green. Каждую клетку просматривали под световой микроскопией (A), флуоресцентной микроскопией для красной и зеленой флуоресценции (B) и под DAPI-фильтром для голубой флуоресценции (C). Фото: Прабхйот Каур, Педро Гонсалес, Манджул Датт и Эд Этксеберрия. 2018. Идентификация ситовых элементов и протопластов клеток-компаньонов с помощью светлопольной и флуоресцентной микроскопии. Применения в науках о растениях 6 (9): с1179.

Зерновые культуры во всем мире становятся все более уязвимыми для пандемий, поскольку болезни возникают в глобальных потоках людей и товаров, прыгая с континента на континент. Болезни флоэмы, такие как озеленение цитрусовых, являются одной из наиболее разрушительных групп болезней растений, которые наносят экономический ущерб во всем мире. Тем не менее, эти заболевания могут быть трудными для изучения, так как клетки флоэмы относительно недоступны и их трудно выделить. В работе, представленной в недавнем выпуске Приложения по наукам о растениях , доктор Эд Этксеберрия и его коллеги из Исследовательского и образовательного центра цитрусовых Университета Флориды представляют новую методику идентификации флоэмы в растительной ткани.

«Из-за своей недоступной природы болезни, ограниченные флоэмой, практически невозможно вылечить или лечить в планте , и, следовательно, представляют огромный риск как с экономической, так и с биологической точки зрения. С экономической точки зрения, легкие болезни флоэмы могут вызвать значительное сокращение сельскохозяйственного производства за счет сокращения Качество и количество основного сельскохозяйственного товара. В худшем случае они могут означать конец сложившимся отраслям, как в случае с цитрусовой промышленностью в Пуэрто-Рико », — сказал д-р Этксеберрия, соответствующий автор исследования. «В биологическом плане эти заболевания угрожают самому выживанию пораженных видов».

Чтобы бороться с опустошением болезней флоэмы, исследователи должны подробно понять, как эти патогенные микроорганизмы деформируют клетки флоэмы растений, известные как ситовые элементы и клетки-компаньоны. Сегодня многие основные вопросы остаются без ответа о том, как такие болезни, как озеленение цитрусовых, влияют на клетки флоэмы, которые необходимы для транспорта питательных веществ растениями. «Мы заинтересованы в том, чтобы выяснить, является ли сигнал, производимый бактериями [цитрусового озеленения], который направляет физиологические изменения в элементе сита и опосредуется клетками-компаньонами, генетическим или химическим». В качестве первого шага в ответе на этот вопрос, клетки флоэмы должны быть изолированы. Тем не менее, это представляет техническую проблему, так как клетки флоэмы составляют менее 1% от общего числа клеток, скрыты глубоко в растительных тканях и перемежаются с другими типами клеток.

Существующие методы идентификации клеток флоэмы основаны на присутствии специфичных для флоэмы белков, называемых форисомами. Однако, forisomes найдены только во флоэмах растений семейства бобовых, что ограничивает применение этого метода. Методика, представленная здесь, использует преимущества уникальной анатомии клеток флоэмы с использованием органелл-специфических красителей и флуоресцентной микроскопии. Например, клетки флоэмы, называемые ситовым элементом, не имеют ядра и вакуоли, но обладают париетальными митохондриями, поэтому эти клетки становятся видимыми, когда ткань окрашивается специфичными для органелл Hoechst 3342, Neutral Red и MitoTracker Green и визуализируется с помощью флуоресцентного микроскопа. Этот метод применим далеко за пределами цитрусовых, потому что он основан на анатомии клеток флоэмы, а не на белковых маркерах, которые варьируются от вида к виду.

В то время как изучение заболеваний флоэмы является наиболее актуальным приложением для этой методики и послужило мотивацией для этого исследования, идентификация клеток флоэмы также может помочь в изучении других ботанических вопросов. «Идентификация флоэмы может помочь в других областях физиологии флоэмы, таких как определение местоположения мембраносвязанных носителей или каналов, их расположение по всему растению и их свойства в зависимости от их распределения в тканях источника или раковины», — сказал д-р Etxeberria. Кроме того, поскольку он включает в себя переваривание клеточной стенки, «этот метод может быть использован для изучения свойств мембран, таких как потоки ионов, электрические свойства мембран и биофизика эластичности мембран, — исследование с интактными клетками невозможно».

Используя общепринятые биологические методы, такие как переваривание клеточной стенки, специфическое для органелл окрашивание и флуоресцентная микроскопия, доктор Этксеберрия и его коллеги разработали методику точной изоляции клеток флоэмы между растениями. Несмотря на то, что этот метод имеет широкое применение, он сразу же будет использован для понимания и борьбы с разрушительными болезнями флоэмы, вызывающими неурожаи во всем мире.

По материалам phys.org