機(jī)器人設(shè)備跟蹤細(xì)胞水平的植物生長

確定各種處理和條件如何影響植物細(xì)胞的機(jī)械特性可以使科學(xué)家了解細(xì)胞水平的植物生長并設(shè)計(jì)增強(qiáng)它的方法。在植物細(xì)胞發(fā)表的一份突破性報(bào)告中，一組研究人員介紹了一種創(chuàng)新的機(jī)器人工具，可以通過細(xì)胞分辨率測(cè)量植物細(xì)胞的機(jī)械特性。

植物科學(xué)家在他們的工具包中有一個(gè)新工具。由歐洲和美國的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的自動(dòng)共聚焦微引伸計(jì)(ACME)使科學(xué)家能夠以前所未有的精確度測(cè)量植物細(xì)胞機(jī)械特性的空間變化。

植物細(xì)胞生長受到周圍細(xì)胞壁的機(jī)械性質(zhì)的限制。植物生長部分的細(xì)胞壁被認(rèn)為比成熟部分的細(xì)胞壁更具伸展性(伸展性)，并且細(xì)胞壁延伸性的這些局部差異影響植物的整體形狀。到目前為止，不可能在活植物的生長方向上測(cè)量細(xì)胞壁的延伸性。由瑞士伯爾尼大學(xué)植物科學(xué)研究所的Cris Kuhlemeier領(lǐng)導(dǎo)的研究小組創(chuàng)建了一個(gè)系統(tǒng)，可以做到這一點(diǎn)。

“直觀地說，最簡單的方法是伸展植物并觀察每個(gè)細(xì)胞伸展的程度，”第一作者Sarah Robinson解釋道。利用這一原理，研究人員拼湊出一個(gè)結(jié)合了定制和商用零件的機(jī)器人管道。他們?cè)O(shè)計(jì)了一種專門的設(shè)備，可以將植物固定在原位而不會(huì)損壞植物，然后在規(guī)定的拉力下將植物拉伸。該裝置安裝在顯微鏡上，由軟件控制，允許用戶指定拉伸的持續(xù)時(shí)間和程度。在拉伸過程中拍攝植物的高分辨率圖像，并且定制的軟件使用圖像來計(jì)算植物的不同區(qū)域的機(jī)械特性。作者將這個(gè)虛構(gòu)的公司命名為Road Runner / Wile E. Coyote漫畫中的設(shè)備ACME，因?yàn)樗麄兪艿絎ile E. Coyote不懈努力的啟發(fā)。“值得慶幸的是，最終，我們?nèi)〉昧烁蟮某晒?，但我們的一些原型不那么?yōu)雅，并且涉及大量的透明膠帶，”Sarah開玩笑說。

使用ACME，作者證明了幼苗莖中的細(xì)胞在植物生長激素赤霉酸存在下表現(xiàn)出機(jī)械性質(zhì)的梯度。此外，他們使用他們的多功能系統(tǒng)來證明拉伸誘導(dǎo)活植物細(xì)胞中細(xì)胞長度的不可逆增加，但是一旦拉伸停止，細(xì)胞長度的增加在死亡植物組織中部分逆轉(zhuǎn)。雖然ACME是為了容納小樣本而建造的 - 本研究中使用的樣本是一種稱為擬南芥的微小雜草 - 它可以很容易地適用于較大的樣本和不同的成像系統(tǒng)。

該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)免費(fèi)提供了創(chuàng)建該系統(tǒng)所需的所有信息，因此其他實(shí)驗(yàn)室的植物科學(xué)家可以在他們自己的研究中使用ACME。“ACME有許多應(yīng)用和未來使用范圍，”Sarah Robinson說。例如，該裝置可以幫助我們理解各種輸入和治療在細(xì)胞水平上改變植物生長的機(jī)制。此外，它可能闡明條件和促進(jìn)護(hù)理植物細(xì)胞墻可擴(kuò)展性，從而增強(qiáng)植物生長的細(xì)胞水平。鑒于對(duì)生物質(zhì)生產(chǎn)的需求不斷增加，這是一個(gè)非常令人興奮的前景。

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