Документирование развития органов растений

В живых организмах развитие представляет собой комбинацию нескольких скоординированных процессов, которые взаимодействуют во времени и пространстве в ходе роста. Одна фальшивая нота в тонкой симфонии может иметь катастрофические последствия. Однако точная партитура этой биологической музыки часто остается загадкой для ученых. Одним из решений является использование передовых методов микроскопии для наблюдения за ростом органов в режиме реального времени. Проблема в том, что такие подходы плохо подходят для долгосрочного мониторинга. Кроме того, они могут подвергать органы стрессу, нарушая развитие.

Чтобы решить эту проблему, исследователи INRAE ​​разработали уникальный метод, который они применили к растениям. Во-первых, опираясь на множество отдельных растений, ученые фотографируют листья, представляющие ряд стадий развития. Применяя целевые алгоритмы к этому фотокаталогу, можно присвоить возраст каждому лист и реконструировать развитие с течением времени. Чтобы помочь им в этой задаче, исследователи используют программу с открытым исходным кодом MorphoLeaf, которую они разработали в 2016 году в сотрудничестве с ENS de Lyon.

Следующим шагом было использование этого метода для всестороннего документирования развития листьев у модельного растения Arabidopsis thaliana. В течение нескольких недель ученые собирали листья сотен диких и мутантные штаммы; последние имели генетические модификации, затрагивающие форма листа. Основным преимуществом этого метода является простота его реализации: он не требует сложного оборудования. Действительно, для получения изображений ранних стадий развития (размер листьев <0.1 мм) использовали стандартный микроскоп, а для более поздних стадий развития (размер листьев > 1 см) использовали планшетный сканер.

https://www.youtube.com/embed/UU2YahNiTpI?color=whiteReconstructing the complete story of leaf development. Credit: INRAE – Jasmine Burguet

Изображения рассказывали точную историю развития листа, проясняя ключевые моменты в пространстве и времени, которые в значительной степени способствуют развитию в целом. Примечательно, что анализ показал, что растения дикого типа и мутантные растения могут иметь идентичные ранние траектории развития, которые затем расходятся на определенных более поздних стадиях.

Это детальное понимание развития растений может дать информацию о будущих стратегиях оптимизации роста растений. Подход исследователей чрезвычайно гибкий и может быть адаптирован к любому типу органов, в том числе у животных. Таким образом, это может быть ценный инструмент в исследованиях, направленных на демистификацию органов и организмов способствовали.

Результаты исследования опубликованы в журнале Количественная биология растений.