Біологи змогли поспостерігати в режимі реального часу формування жіночого гаметофіту резуховидки. Для цього вчені культивували семяпочки рослини в пробірці, позначили клітини гаметофіту флуоресцентними мітками і простежили за долею окремих клітин за допомогою флуоресцентної мікроскопії. Робота опублікована в.
У багатоклітинних організмах клітини різного типу сильно відрізняються один від одного. У кожній диференційованій клітині - багато властивих тільки для неї структур, які допомагають клітині виконувати її особливі функції. Для організму важливо, щоб диференціація кожної клітини сталася в потрібний час і в потрібному місці. Однак рослинні молекулярні механізми, які допомагають клітині визначати її місцезнаходження, поки ще не дуже добре вивчені. Процес розвитку статевих клітин у жіночих гаметофітах рослини - приваблива модель для вивчення клітинної долі.
У жіночих гаметофітах покритих рослин багато клітин, що сильно відрізняються за своїми функціями. У модельній рослині одна мегаспори проходить через три раунди мітозу і утворює сім клітин з вісьмома ядрами: одну яйцеклітину, одну центральну двоядерну клітку, дві клітини-супутниці (синергіди) і три клітини-антипода. Успішність статевого розмноження всієї рослини залежить від правильного розвитку цих клітин. Властиві кожному типу цих клітин гени, які експресуються під час диференціації, вже встановлені для деяких рослин, у тому числі для. Але для біологів залишалося незрозумілим, як і коли клітини вирішують, що настав час для експресії цих генів і диференціації. Дослідження на мутантних рослинах показували, що існує сильна залежність між позицією ядра в клітці і клітинною долею. Однак така кореляція не обов'язково означає, що положення ядра визначає долю клітини.
Оскільки розвиток жіночого гаметофіту відбувається всередині пестика, він прихований від очей спостерігачів, і досліджувати його формування раніше доводилося на фіксованих зрізах.
Біологи з Нагойського та Йокогамського міського університетів під керівництвом Дайске Куріхари (Daisuke Kurihara) розробили спосіб, який дозволив їм підгледіти за формуванням клітин жіночого гаметофіту в.
Вчені використовували описану ними ж систему для культивації семязачатка - раніше її використовували для спостереження за раннім розвитком рослинного ембріона. Спочатку дослідники переконалися, що в таких умовах динаміка розвитку гаметофіту (тривалість клітинних ділів) не відрізняється від норми і показали, що таким чином можна спостерігати за гаметофітом до стадії запліднення.
Щоб поспостерігати за кожним типом клітин гаметофіту окремо, вчені змусили їх разом зі специфічними для кожного типу клітин генами експресувати флуоресцентні білки різних кольорів, а також позначили флуоресцентними білками плазматичні мембрани і ядра клітин. Таким чином, за допомогою флуоресцентної мікроскопії дослідники бачили в режимі реального часу, як і де відбувається ділення мегаспори, і коли включається експресія тих чи інших специфічних генів в клітинах.
Вчені зазначили, що доля клітин визначається практично миттєво після їх формування під час поділу залежно від положення ядра в клітці. Наприклад, маркери яйцеклітини або клітин-антиподів експортувалися вже через 1 годину 40 хвилин після ділення. А транскрипційним фактор, який вважається специфічним для клітин-синергід, крім самих синергід, спочатку (протягом першої години після формування клітин) експресувався і в яйцеклітині і центральній клітці. Потім флуоресцентний сигнал, пов'язаний з цим транскрипційним фактором, зник у «зайвих» клітинах, і залишився тільки в синергідах.
На відео - формування клітин гаметофіту та експресія специфічних для яйцеклітини та синергідних клітин маркерів.
Оскільки транскрипційний фактор MYB98, який повинен був бути властивим тільки для синергід, виявився активним і в інших клітинах, дослідники вирішили детальніше вивчити його функції. Вчені провели аналіз експресії всіх генів клітин гаметофітів рослин дикого типу і з мутантним геном за допомогою РНК-секвенування. З'ясувалося, що загалом впливає на експресію 392 генів у клітинах гаметофіту, і його відсутність не тільки змінює будову синергідних клітин, а й спрямовує їх розвиток за типом яйцеклітини.
Крім того, вчені помітили, що на схематичних зображеннях попередніх досліджень, вакуолі в клітинах гаметофітів зображені великими і по центру клітин. За спостереженнями авторів роботи, вакуолі в жіночих гаметофітах динамічно змінюють свою форму, так само, як і у вегетативних клітинах.
Флуоресцентна мікроскопія дозволяє вченим зазирнути не тільки в процеси розвитку клітин, а й простежити за динамікою окремих молекул у клітинах. Наприклад, випадково винайдена фарба допомогла дослідникам простежити за клітинним транспортом.