Att bestämma hur olika behandlingar och tillstånd påverkar växtcellens mekaniska egenskaper kan göra det möjligt för forskare att förstå växttillväxt på cellnivå och utforma sätt att förbättra den. I en genombrottsrapport publicerad i The Växtcell , ett team av forskare introducerar ett innovativt robotverktyg som mäter de mekaniska egenskaperna hos växtceller med cellulär upplösning.

Växtforskare har ett nytt verktyg i sin verktygslåda. Den automatiska konfokala mikroekstensometern (ACME)-som utvecklats av ett team av forskare i Europa och USA-gör det möjligt för forskare att mäta rumslig variation i de mekaniska egenskaperna hos växtceller med en aldrig tidigare skådad noggrannhet.

Växtcellstillväxt begränsas av de mekaniska egenskaperna hos den omgivande cellväggen. Cellväggar i en växts växande delar anses vara mycket mer töjbara (stretchiga) än de i mogna delar, och dessa lokala skillnader i cellväggens töjbarhet påverkar plantans övergripande form. Tills nu, det var inte möjligt att mäta cellväggens töjbarhet i tillväxtriktningen hos levande växter. Ett team av forskare under ledning av Cris Kuhlemeier från Institute of Plant Sciences vid University of Bern i Schweiz skapade ett system som gör just det.

"Intuitivt är det enklaste sättet att göra detta att sträcka växten och titta på hur mycket varje cell sträcker sig, "förklarar författaren Sarah Robinson. Med hjälp av denna princip, forskarna samlade ihop en robotledning som kombinerar anpassade och kommersiellt tillgängliga delar. De konstruerade en specialiserad enhet som håller växter på plats utan att skada dem och sedan sträcker dem under ett definierat drag. Enheten, som är monterad på ett mikroskop, styrs av programvara som gör att användaren kan ange varaktighet och grad av sträckning. Högupplösta bilder av växten tas under sträckning, och specialbyggd programvara använder bilderna för att beräkna mekaniska egenskaper i olika delar av anläggningen. Författarna namngav enheten ACME efter det fiktiva företaget i Road Runner/Wile E. Coyote -serierna, eftersom de inspirerades av Wile E. Coyotes outtröttliga ansträngningar. "Tack och lov, i slutet, vi var mer framgångsrika, men några av våra prototyper var mindre eleganta och involverade en hel del tejp, "skämtar Sarah.

Med ACME, författarna visade att celler i plantornas stjälkar uppvisar en gradient av mekaniska egenskaper i närvaro av växttillväxthormonet gibberellinsyra. Vidare, de använde sitt mångsidiga system för att visa att stretching orsakar irreversibla ökningar i celllängd i levande växtceller, men att ökningarna i celllängden delvis reverseras i döda växtvävnader när sträckningen stannar. Medan ACME byggdes för att rymma små prover - provet som användes i denna studie var ett litet ogräs som kallas thale cress - kan det lätt anpassas för användning med större prover och olika bildsystem.

Teamet har gjort all information som behövs för att skapa detta system fritt tillgänglig, så att växtforskare i andra laboratorier kan använda ACME i sin egen forskning. "ACME har många applikationer och utrymme för framtida användning, "säger Sarah Robinson. Till exempel, denna enhet kan hjälpa oss att förstå de mekanismer genom vilka olika insatser och behandlingar förändrar växttillväxt på cellnivå. Vidare, det kan belysa tillstånd och behandlingar som främjar växtcellväggens töjbarhet, och därmed förbättra växttillväxten på cellnivå. Med tanke på de stigande kraven på produktion av biomassa, detta är ett mycket spännande perspektiv.