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一号庄娱乐会员开户网站最高占成:发现可调控植物细胞形状的扩展果胶纳米丝

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科学家在植物细胞壁中发现了新的丝状结构,一号庄娱乐会员开户网站最高占成:这些结构会影响细胞生长并帮助建立复杂的三维细胞形状。

研究人员结合了两种类型的高性能显微镜,发现了沿植物细胞壁边缘排列成列的果胶纳米丝。这种细丝比人的头发细一千倍,只是在实验室里合成过的,但直到现在还没有在自然界中被观察到。

这些关于细胞壁结构的启示对于理解植物如何形成其复杂形状至关重要,将有助于增进人们对植物免疫力和对不断变化的环境的适应性的理解,并可能激发未来生物燃料,农业的发展,甚至启发建造智能的自膨胀材料。

它看起来像是均匀的绿色表面,但是将典型的叶子放在显微镜下,将不规则形状的细胞错综复杂地拼凑在一起,就像拼图一样。叶子表面上的每个细胞(称为路面细胞)都有自己独特的形状,并随着叶子的生长而不断扩展和改变形状。

当前关于这些不寻常的波浪形单元格如何形成的“教科书”是,单元格内的内部压力(膨胀)推向围绕每个单元格的刚性单元格壁,以定义其最终形状。壁较弱的部分会进一步膨胀,例如气压会迫使气球的较弱区域膨胀更多。

从拟南芥子叶中选择的路面细胞被超声处理以产生色标。图片来源:Kalina T. Haas和Alexis Peaucelle

法国国家农业,食品与环境研究所(INRAE)的研究人员与来自剑桥大学和加州理工学院/霍华德·休斯医学研究所的科学家一起发表在《科学》杂志上,这是第一个显示果胶纳米丝结构存在的人。他们不仅发现了这些新结构,还证明了它们可以主动地驱动细胞形状,甚至促进细胞生长,而不受细胞内压力的影响。

在研究小组发现之前,果胶被认为是一种杂乱的凝胶状填充材料,位于细胞壁的长纤维素纤维之间。该论文的第一作者Kalina T. Haas博士当时在剑桥大学工作,现在是INRAE研究人员。他解释说:“生物化学通常用于研究细胞壁的成分,但是生化分析分解细胞壁以提取分子以供进一步研究,因此我们没有机会检查其原始结构,传统的分辨率为200 nm的荧光显微镜也无济于事,因为细胞壁只有50-100 nm。为了避免这种类型的显微镜看到它的详细结构,我们使用了两种最先进的显微镜dSTORM和cryoSEM,这使我们能够保持细胞壁完整。这些显微镜一起显示,果胶不会形成“果冻”,而是沿着细胞壁的边缘形成了一个组织良好的纳米级柱廊(柱状序列)。”

剑桥大学塞恩斯伯里实验室开发的低温(超低温)扫描电子显微镜(cryoSEM)捕获了这些果胶丝的第一张图像。塞恩斯伯里实验室成像核心设施经理雷蒙德·怀特曼博士说:“在40年前的一个实验室中,化学家首次证明果胶可能形成细丝,但在自然界中从未发现过。最初的果胶为丝状结构图像,以及称为dSTORM的超高分辨率光学显微镜,证实了我们所看到的实际上是果胶结构。单凭显微镜本身无法证实这些结果。”

INRAE的Haas博士和Alexis Peaucelle博士采用了MRC / LMB的dSTORM显微镜,以20-40 nm的高分辨率分析拟南芥(拟南芥)的叶细胞。他们发现,果胶纳米丝中的一种化学变化(甲基去除)会触发细丝膨胀并径向膨胀约40%。这种肿胀导致细胞壁弯曲,然后引发异常的波浪形细胞的生长和形成。

Peaucelle博士解释说:“这与纳米丝内果胶聚合物包装从紧密到松散的晶格变化有关。细胞壁组分的这种自膨胀,加上其局部取向,可以促使细胞壁的出现。复杂的形状。计算机模型发现,修饰的纳米丝所伴随的尺寸变化很小,足以使拼图细胞的形状得以形成。此外,这些形状变化不需要建模细胞内的膨胀力。”

需要进一步的研究以确定膨胀压力和细胞壁中的纤维素在确定细胞形状中起什么作用。研究小组认为,膨胀压力和纤维素纤维可能与果胶纳米丝协同工作,以帮助保持形状。

该小组还希望了解植物细胞波浪形状的随机性或有序性。他们不仅使用图表直观地分析了细胞的形状,还使用数据超声技术“听到了细胞的形状”。

得益于新一代的高分辨率显微镜。虽然动物细胞并不被细胞壁所包围,它们被蛋白质和糖的细胞外基质所包围,它们可以类似地指导细胞的形状。”作者总结说,丝状体自我扩张的相关功能可能存在于不同的王国。细胞外基质多糖,例如红藻的角叉菜胶,棕藻的藻酸盐,甚至透明质酸在动物中也可能起类似的作用。

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