Растения вырабатывают огромное разнообразие соединений с различным промышленным и фармацевтическим применением: от низкомолекулярных веществ до полимеров. Такие соединения часто синтезируются и секретируются узкоспециализированными структурами, многие из которых локализованы на поверхности растений, например, железистые трихомы или нектарники, либо внутри них, такие как идиобласты или латексонные и смоляные каналы соответственно. Однако о биологии этих специализированных секреторных структур известно сравнительно немного, хотя все типы таких желез обладают многими признаками, указывающими на активный метаболизм. В частности, железы плотоядных растений, таких как Nepenthes, могут рассматриваться как модельные системы в биологии растительной клетки1.
Плотоядные растения являются объектом многочисленных исследований с 1875 года, когда была опубликована работа Чарльза Дарвина «Насекомоядные растения»2. Однако исследования на молекулярном уровне начались лишь в последние несколько лет, и наши знания все еще ограничены. Например, белковый состав пищеварительной жидкости в кувшинниках рода Nepenthes до сих пор изучен не полностью. Только недавно было идентифицировано несколько гидролитических белков, а также несколько соответствующих им генов3. В ловчих ямах Nepenthes (Рисунок 1), многоклеточные железы расположены в нижней внутренней части кувшинов. Эти железы отвечают как за выработку и секрецию пищеварительных ферментов в жидкость кувшина, так и за абсорбцию растворенных питательных веществ из этой жидкости4. Таким образом, данные бифункциональные железы представляют собой уникальную микроткань, занимающую центральное место и играющую ключевую роль в плотоядности Nepenthes, что делает их достойными детального изучения.

Рисунок 1. Кувшин Nepenthes alata. Нижняя часть кувшина содержит пищеварительную жидкость и внутренние железы.
Нажмите здесь, чтобы просмотреть изображение в большем размере.
В растениеводстве многие экспериментальные подходы опираются на использование «общего материала», поскольку исследуются не определенные ткани, а целые органы. Как следствие, их гомогенизация и анализ позволяют получить лишь усредненные результаты, пропорционально распределенные по индивидуальным тканям и клеткам5. Для решения этой проблемы были разработаны методы микропрепарирования, например, так называемая лазерная микродиссекция (LCM), которая успешно применяется для сбора специфических тканей растений и анализа их индивидуального состава6. Однако применение LCM часто ограничено, если целью являются нестабильные и/или быстро разлагающиеся клеточные компоненты, такие как RNA. В таком случае недостатком является необходимость предварительной фиксации ткани, которая занимает много времени и часто сопровождается деградацией биомолекул. Кроме того, из-за высокого содержания воды во многих растительных тканях и прочности клеточных стенок LCM часто оказывается неэффективным при работе непосредственно со свежей тканью7. Любой подход к исследованию клеточных компонентов секреторных желез — от генов, mRNA и белков до вторичных соединений и их биосинтеза — требует альтернативных методов специальной подготовки. Таким образом, необходимы специфические методы изоляции отдельных клеток или даже многоклеточных желез, которые остаются неповрежденными после подготовки.
В данном материале представлен метод с использованием механизированной платформы для микроотбора проб, которая обеспечивает возможность прямого микроскопического визуализирования. Эта методика позволяет быстро и эффективно подготавливать отдельные железы из кувшинчиков Непентес видов. Эти многоклеточные железы обладают бифункциональностью, т. е. Они участвуют как в процессах секреции, так и в процессах поглощения; данные клетки неподвижны, а незащищенные слои клеток импрегнированы с образованием эндодермиса. Целые железы можно изолировать без соседних тканей и определенным образом поместить в ПЦР-пробирку. Этот метод применяется для изучения специфических генов, а также экспрессии генов в тканях желез.