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机器人设备跟踪细胞水平的植物生长

2018-12-18 10:46:25 • 来源：

 

确定各种处理和条件如何影响植物细胞的机械特性可以使科学家了解细胞水平的植物生长并设计增强它的方法。在植物细胞发表的一份突破性报告中，一组研究人员介绍了一种创新的机器人工具，可以用细胞分辨率测量植物细胞的机械特性。植物科学家在他们的工具包中有一个新工具。由欧洲和美国的研究人员团队开发的自动共聚焦微引伸计(ACME)使科学家能够以前所未有的精确度测量植物细胞机械特性的空间变化。

植物细胞生长受到周围细胞壁的机械性质的限制。植物生长部分的细胞壁被认为比成熟部分的细胞壁更具伸展性(伸展性)，细胞壁延伸性的这些局部差异影响植物的整体形状。到目前为止，不可能测量活植物生长方向上的细胞壁延伸性。由瑞士伯尔尼大学植物科学研究所的Cris Kuhlemeier领导的一个研究小组创建了一个可以实现这一目标的系统。“直观地说，最简单的方法是伸展植物并观察每个细胞伸展的程度，”第一作者Sarah Robinson解释道。利用这一原理，研究人员拼凑出一个结合了定制和商用零件的机器人管道。他们设计了一种专门的设备，可以将植物固定在适当的位置而不会损坏它们，然后在规定的拉力下将植物拉伸。该装置安装在显微镜上，由软件控制，允许用户指定拉伸的持续时间和程度。在拉伸过程中拍摄植物的高分辨率图像，并且定制的软件使用图像来计算植物的不同区域的机械特性。作者将这个虚构的公司命名为Road Runner / Wile E. Coyote漫画中的设备ACME，因为他们受到Wile E. Coyote不懈努力的启发。“值得庆幸的是，最终，我们取得了更大的成功，但我们的一些原型不那么优雅，并且涉及大量的透明胶带，”Sarah开玩笑说。

使用ACME，作者证明幼苗茎中的细胞在植物生长激素赤霉酸存在下表现出机械性质的梯度。此外，他们使用他们的多功能系统来显示拉伸诱导活植物细胞中细胞长度的不可逆增加，但是一旦拉伸停止，细胞长度的增加在死亡植物组织中部分逆转。虽然ACME是为了容纳小样本而建造的 - 本研究中使用的标本是一种叫做拟南芥的微小杂草 - 它可以很容易地适用于较大的样本和不同的成像系统。

该团队已经提供了创建该系统所需的所有信息，因此其他实验室的植物科学家可以在自己的研究中使用ACME。“ACME有许多应用和未来使用范围，”Sarah Robinson说。例如，该装置可以帮助我们理解各种输入和治疗在细胞水平上改变植物生长的机制。此外，它可能阐明条件和促进护理植物细胞墙可扩展性，从而增强植物生长的细胞水平。鉴于对生物质生产的需求不断增加，这是一个非常令人兴奋的前景。

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