Рождение генетически уникального потомства у организмов, размножающихся половым путем, зависит от успешного слияния мужских и женских гамет. У цветковых растений взаимодействие двух мужских гамет (сперматозоидов) с двумя женскими гаметами (яйцеклеткой и центральной клеткой) при двойном оплодотворении зависит от высвобождения сперматозоидов из пыльцевой трубки (мужского гаметофита). Этот процесс, называемый рецепцией пыльцевой трубки, в значительной степени контролируется синергидными клетками, которые находятся в зародышевом мешке (женский гаметофит)1,2. Поскольку прием пыльцевой трубки происходит глубоко внутри цветка, был создан метод, позволяющий визуализировать процесс в живых клетках, называемый приемом пыльцевой трубки полуin vitro (SIV)3. С помощью этого метода иссеченные семяпочки Arabidopsis помещают на полужидкую среду для прорастания пыльцы и нацелены на пыльцевые трубки, которые прорастают через рыльце и стиль пестика, разорванного на стыке 3,4, передающего стиль. С момента разработки этого метода подробные наблюдения привели к нескольким открытиям, связанным с руководством, приемом и оплодотворением пыльцевых трубок. Среди прочего, эти открытия включают приобретение способности нацеливания на пыльцевые трубки путем роста через стигму3, начало внутриклеточных колебаний кальция в синергидах при поступлении пыльцевой трубки 5,6,7,8,9 и динамику высвобождения и оплодотворения сперматозоидов при разрыве пыльцевой трубки10 . Тем не менее, поскольку этот метод основан на иссечении яйцеклеток, количество наблюдений за оплодотворением ограничено, а прием пыльцевой трубки часто является аберрантным, что приводит к отказу от разрыва пыльцевой трубки (видео 1 и дополнительный файл 1). Поэтому существует потребность в более эффективном подходе, позволяющем проводить высокопроизводительный анализ приема и оплодотворения пыльцевых трубок.
При разработке этого протокола было протестировано несколько новых подходов к анализу приема пыльцевой трубки, охватывающих от самых «пробирочных» до самых «естественных методов», и была разработана эффективная методика, основанная на иссечении всей перегородки, которая позволяет проводить до 40 наблюдений за оплодотворением в день. Здесь описываются нюансы и критические моменты техники, включая постановку цветов, вскрытие, подготовку среды и настройки изображения. Следуя этому протоколу, следует облегчить исследования, посвященные наведению пыльцевой трубки, приему пыльцевой трубки и двойному оплодотворению. Ожидается, что более высокие размеры выборки, допускаемые методом, поддержат научную обоснованность выводов, сделанных из экспериментов с визуализацией в реальном времени. Потенциальные применения этого метода включают, но не ограничиваются этим, выполнение наблюдений за молекулярными и физиологическими изменениями цитозольных концентраций кальция ([Ca2+] цит), рН или H 2 O2 вовремя взаимодействия гаметофитов с использованием генетически кодируемых биосенсоров. Кроме того, цитологические изменения, такие как дегенерация рецептивного синергида, миграция сперматозоидов или кариогамия, можно легче наблюдать с помощью этого улучшенного метода. Наконец, сроки различных стадий оплодотворения можно контролировать с помощью широкопольной микроскопии, а затем можно провести более подробный анализ с использованием конфокальной лазерной сканирующей микроскопии (CLSM) или двухфотонной микроскопии возбуждения (2PEM) для более высокого разрешения и 3D-реконструкции.