Wir untersuchen Pflanzenwurzeln, indem wir ihre Entwicklungsstadien, physiologischen Bedingungen und ihre Zellbiologie beobachten. Das Aufkommen von fluoreszierende Proteine und die Leistung der konfokalen Mikroskopie haben es uns ermöglicht, die Entwicklungsprozesse wie Zellteilung, Elongation, Differenzierung und Veränderungen der lebenswichtigen Hormonreaktionen zu verfolgen. Schnelle Prozesse wie Gravitropismus und Phototropismus sind wirklich schwer genau zu verfolgen. In diesen Fällen ist es unerlässlich, die Pflanzenwurzeln im Laufe der Zeit zu verfolgen. Angepasste mikroskopische Techniken haben es uns bisher ermöglicht, die Proben in horizontaler Position zu montieren. Dies kann jedoch das regelmäßige Wurzelwachstum behindern und den Gravitropismus beeinträchtigen. Außerdem wächst eine Pflanzenwurzel kontinuierlich, was es schwierig macht, ihr Wachstum im Laufe der Zeit zu verfolgen, da der Fokus des Mikroskops manuell angepasst werden muss.

Laterale Wurzelanlagen, die den GFP-Plasmamembranmarker UBQ10::YFP-PIP1;4 und den RFP-nukleären UBQ10::H2B-RFP-Marker exprimieren
Abbildung: Laterale Wurzelanlagen, die den GFP-Plasmamembranmarker UBQ10::YFP-PIP1;4 und den RFP-nukleären UBQ10::H2B-RFP-Marker exprimieren. Veröffentlichtes Bild aus TipTracker-Artikel.

Vom Studium der Modellanlage Arabidopsis thalianawissen wir, dass sowohl räumliche als auch zeitliche Daten erforderlich sind, um jedes Phänomen in der Wurzelentwicklung zu erklären. Eine beträchtliche Anzahl von Genen, die während bestimmter Entwicklungsstadien aktiv sind, haben spezifische räumliche Expressionsmuster. Zum Beispiel, Zellzyklusschalter 52A 1 (CSS52A1) wird ausschließlich in der Übergangszone exprimiert, aber überhaupt nicht in der meristematischen Region. Wichtige Ereignisse erfordern zeitliche Beobachtungen über einen bestimmten Zeitraum, beispielsweise Gravitropismus (Minuten), Zellteilung (Stunden) und Differenzierung (Tage).

Jiri Friml und sein Team versucht, diese Probleme zu lösen. Sie haben gerade veröffentlicht (Wangenheimet al., 2017) ihren neuen mikroskopischen Ansatz zusammen mit einem MATLAB®-basierten Programm, TipTracker, in bioRxiv (und jetzt eLife). Dieses neue System wird Forschern helfen, das vertikale Wachstum von Wurzelspitzen durch Zeitrafferaufnahmen zu verfolgen und schließlich die Flugbahn jeder einzelnen Wurzelspitze zu rekonstruieren und das Wurzelwachstum über die Zeit zu berechnen. Sie verwendeten den Plasmamembranmarker UBQ10::YFP-PIP1;4, um die Wirksamkeit der Software zu bestätigen, zellplattenspezifisches KNOLLE, um die Zellteilung zu beobachten, und den Auxin-Reaktionsmarker DII Venus, um Gravitropismus zu verfolgen. Darüber hinaus versuchten sie diesen Ansatz an nicht-pflanzlichen Arten wie Zebrafischembryos.

Dies ist eine hervorragende Plattform, um die Entwicklung der Pflanzenwurzeln umfassend zu untersuchen. Sie haben TipTracker auch kompatibel gemacht, um mit anderen verschiedenen kommerziellen Mikroskopieprogrammen zu interagieren. Das Beste ist, dass der Quellcode öffentlich zugänglich ist. Daher kann jedes Labor oder jede Person es ändern und mit seinem System zusammenführen.