Sdílet
12. února 2020
Vědkyně z výzkumné skupiny Karla Říhy z institutu CEITEC Masarykova univerzita vyvinuly mikroskopickou metodu, která umožňuje vizualizaci buněčných procesů v reprodukci rostlin v reálném čase. Tato metoda je popsána ve vědecké studii zveřejněné dnes ve vědeckém open-access časopise eLife. Zde se poprvé prezentují videa, které zachycují buněčné procesy vývoje zárodečné dráhy rostlin v živých květech, což otevírá nové možnosti ve výzkumu rozmnožování rostlin.
Podívejte se na reportáž České televize.
Klíčové procesy pro reprodukci rostlin se odehrávají v prašnících a pestících vyvíjejících se květů a vedou k tvorbě pylu a zárodečného vaku, které obsahují samčí a samičí zárodečné buňky. Produkce těchto buněk vyžaduje dva typy buněčného dělení zvané meióza a mitóza. Poté se zárodečné buňky během oplodnění spojí, vytvoří embryo, ze kterého se pak vyvíjí nová rostlina.
Naše dosavadní znalosti reprodukčních procesů rostlin byly odvozeny pomocí klasických cytogenetických metod na mrtvých a fixovaných buňkách. Tyto metody však neposkytují informace o tom, kde a kdy během reprodukce k těmto dějí dochází. Živé zobrazování v reálném čase v živých buňkách naopak umožňuje tyto důležité informace zachytit.
„Živé zobrazování přispělo k výzkumu růstu a vývoje kořenů, ale zobrazování procesů v oblasti květu je technicky mnohem náročnější,“ vysvětluje spoluautorka Soňa Valuchová, postdoktorandka Středoevropského technologického institutu. „K tomu je třeba vyvinout zobrazovací metody v kontextu celých květních orgánů nebo rostlin.“
Valuchova a její kolegyně použily speciální mikroskopovou techniku zvanou „light sheet fluorescence mikroskopy (LSFM)“, při které vzorek prochází plochým a velice tenkým laserovým paprskem který zviditelní pouze buněčné struktury označené fluorescenční značkou. Díky tomu dochází k detekci signálu pouze v tenké rovině a vzorek je tak možné postupně nasnímat ve více rovinách a následně ze vzniklých obrázků provádět 3D rekonstrukce či vytvářet časosběrná videa.
Tímto způsobem může být celý květ, který byl vložen do gelové matrix s výživnými látkami jež ho udržují při životě, rychle zobrazen pohybem přes světelnou plochu. Výsledný 3D model zobrazuje i jemné detaily struktury květu a může být dále použit ke sledování vývoje jednotlivých zárodečných buněk.
Tato metoda poskytuje nové informace o buněčných a molekulárních procesech, ke kterým v květech docházi. Například fluorescenčním značením specifických proteinů je možné sledovat průběh mitózy a 
Tým dále ukázal, že tato metoda může být použita ke studiu hladiny rostlinných hormonů v různých fázích vývoje květů, či ke sledování pohybu chromozomů během buněčného dělení.
Jednou z nejméně probádaných oblastí v reprodukci rostlin je tvorba samičích zárodečných buněk a samičí meiózy. Většina studií o rostlinné meióze se doposud zaměřovala na samčí zárodečné buňky, protože jejich samičí ekvivalenty jsou mnohem méně hojné a těžko odlišitelné od ostatních buněk, což stěžuje jejich studii. Za tímto účelem tým vyvinul speciální protokol pro zobrazování samičí meiózy. „Musela jsem velice opatrně odstranit vnější vrstvy poupěte, abych odhalila vajíčka, která pak byla každých 10 minut po dobu 24 hodin skenována laserovým paprskem, s cílem vytvořit 3D film celého procesu,“ říká Pavlína Mikulková, první spoluautorka a odborná pracovnice institutu CEITEC Masarykovy univerzity. „Pomocí této techniky jsme byli schopni zaznamenat dvě fáze ženské meiózy a určit, jak dlouho každá z nich trvala.“
„Tato studie demonstruje obrovský potenciál LSFM poskytovat nové informace o reprodukci rostlin, které nemohly být dříve studovány jinými typy mikroskopie," uzavírá korespondenční autor studie Karel Řiha, vedoucí výzkumné skupiny a zástupce ředitele pro vědu z institutu CEITEC Masarykovy univerzity. „Náš úspěch při vývoji této metody, a zejména pak její uplatnění při výzkumu samičí meiózy představuje zcela zásadní technický pokrok v biologii rostlinných buněk.“
Tato práce vznikla za podpory projektu REMAP, reg. č. CZ.02.1.01/0.0/0.0/15_003/0000479 financovaného z EFRR.
Reference
Článek Imaging plant germline differentiation within Arabidopsis flowers by light sheet microscopy najdete on-line na https://doi.org/10.7554/eLife.52546. Obsah, včetně textu, čísel a dat, je volně použitelný pod licencí CC BY 4.0. *Tato studie byla původně publikována na portále bioRxiv https://www.biorxiv.org/content/10.1101/774299v2.
CEITEC MU
CEITEC MU – Středoevropský technologický institut Masarykovy univerzity, člen konsorcia CEITEC, je předním výzkumným ústavem zabývajícím se vědou o živé přírodě v České republice. CEITEC sídlí v Brně, kde J.G. Mendel kdysi položil základy moderní genetiky. Mladé a dynamické interdisciplinární centrum se zaměřuje na genomiku a proteomiku rostlin, strukturální biologii, molekulární medicínu a neurovědy. CEITEC přitahuje špičkové evropské granty a stal se nedílnou součástí významných evropských vědeckých sítí. Jeho úspěch lze připsat nejen moderním, efektivně řízeným sdíleným laboratořím, ale také jeho zaměstnancům. Centrum zaměstnává vynikající vědce z celého světa, kteří jsou odhodláni plnit poslání institutu – zlepšit kvalitu života a lidského zdraví. CEITEC usiluje o vytvoření progresivního vědeckého prostředí, s nejmodernější výzkumnou infrastrukturou a podpůrnou kulturou otevřené komunikace a rovných příležitostí. Další informace najdete zde.