원자력 현미경을 사용한 살아있는 식물 장기의 일차 세포벽의 기계적 특성 특성 분석

Anna Petrova; Liudmila Kozlova

doi:10.3791/63904

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방법 논문

원자력 현미경을 사용한 살아있는 식물 장기의 일차 세포벽의 기계적 특성 특성 분석

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DOI:

10.3791/63904

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2022년 5월 18일

Anna Petrova¹ , Liudmila Kozlova¹

¹Laboratory of Plant Cell Growth Mechanisms, Kazan Institute of Biochemistry and Biophysics, FRC Kazan Scientific Center of RAS

이 논문에서

요약

세포벽 생체 역학에 대한 연구는 식물 성장과 형태 형성을 이해하는 데 필수적입니다. 다음 프로토콜은 원자력 현미경을 사용하여 젊은 식물 기관의 내부 조직에서 얇은 1 차 세포벽을 조사하기 위해 제안됩니다.

초록

일차 세포벽의 기계적 특성은 식물 세포 성장의 방향과 속도를 결정하므로 식물의 미래 크기와 모양을 결정합니다. 이러한 특성을 측정하기 위해 많은 정교한 기술이 개발되었습니다. 그러나 원자력 현미경 (AFM)은 세포 수준에서 세포벽 탄성을 연구하는 데 가장 편리합니다. 이 기술의 가장 중요한 한계 중 하나는 표면 또는 분리 된 살아있는 세포 만 연구 할 수 있다는 것입니다. 여기에서는 식물체의 내부 조직에 속하는 일차 세포벽의 기계적 특성을 조사하기 위해 원자력 현미경을 사용합니다. 이 프로토콜은 뿌리의 세포벽의 명백한 영률 측정을 설명하지만이 방법은 다른 식물 기관에도 적용될 수 있습니다. 측정은 액체 셀에서 식물 재료의 비브라톰 유래 절편에서 수행되므로 (i) 플라즈마 분해 용액의 사용 또는 왁스 또는 수지 샘플 함침을 피하고 (ii) 실험을 빠르게 수행하며 (iii) 샘플의 탈수를 방지 할 수 있습니다. 항음핵 세포벽과 주위 세포벽 모두 표본이 어떻게 절편되었는지에 따라 연구할 수 있습니다. 다른 조직의 기계적 특성의 차이는 단일 섹션에서 조사 할 수 있습니다. 이 프로토콜은 연구 계획의 원리, 시편 준비 및 측정 문제, 얻은 탄성 계수 값에 대한 지형의 영향을 피하기 위해 힘 변형 곡선을 선택하는 방법을 설명합니다. 상기 방법은 샘플 크기에 의해 제한되지 않지만, 세포 크기에 민감하다(즉, 큰 내강을 갖는 세포는 검사하기 어렵다).

서론

식물 세포벽의 기계적 성질은 세포의 모양과 성장 능력을 결정합니다. 예를 들어, 꽃가루 튜브의 성장 팁은 동일한 튜브¹의 성장하지 않는 부분보다 부드럽습니다. Arabidopsis 분열 조직의 원시 형성은 미래의 원시 ^2,3 부위에서 세포벽 강성의 국부적 감소가 선행됩니다. 주 성장 축과 평행하고 더 빨리 성장하는 Arabidopsis 배축의 세포벽은이 축에 수직이고 느리게 성장하는 세포벽보다 부드럽습니다 ^4,5. 옥수수 뿌리에서 분열에서 신장으로의 세포 전이는 뿌리의 모든 조직에서 탄성 계수의 감소를 동반했다. 탄성률은 연신율 영역에서 낮게 유지되었고 후기 신장 영역⁶에서 증가했습니다.

다양한 방법의 가용성에도 불구하고, 매년 얻어지는 세포벽 생물학에 대한 생화학 적 및 유전 적 정보의 큰 배열은 세포벽의 기계적 특성과 거의 비교되지 않습니다. 예를 들어, 세포벽 관련 유전자의 돌연변이는 종종 성장 및 발달을 변경했지....