Un grupo de biólogos de plantas en el Instituto de Bio-Moléculas Transformativas ITbM de la Universidad de Nagoya, la Universidad de Tokio, el Instituto Gregor Mendel y la Universidad de Kentucky, informó en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias , en su descubrimiento sobre cómo los óvulos de la planta pierden inicialmente su patrón esquelético tras la fertilización y son reorganizados por dos componentes principales del citoesqueleto en la célula, los microtúbulos MT y los filamentos de actina F-actina.El grupo pudo visualizar cómo los óvulos fertilizados en las plantas experimentan una división celular asimétrica, que es responsable de determinar el eje del cuerpo de la planta.
Las plantas con flores forman varios órganos, como la flor, las hojas, la raíz y el tallo, que se desarrollan a lo largo del eje de su cuerpo. A medida que muchas plantas adoptan una forma cilíndrica, el eje más importante se convierte en apical-basal raíz-brote, es decir, el apical parte superior se convierte en brotes, que contienen flores, tallos y hojas, y el basal parte inferior crece en raíces. El óvulo fertilizado cigoto, que es el origen de las plantas, establece la plantaeje del cuerpo desde su primera división celular.
Antes de que ocurra la división celular, el contenido dentro del cigoto se distribuye de manera desigual polarizado. Esto da como resultado una división celular desigual asimétrica, generando una celda relativamente pequeña en la parte superior y una celda grande en la parte inferior.
"Aunque la polarización y la división celular asimétrica de los cigotos para formar el eje del cuerpo es un fenómeno común que se encuentra en las algas, musgos y plantas con flores, el origen de la polaridad celular y cómo ocurre la división celular asimétrica ha sido un misterio hasta ahora".dice el Dr. Minako Ueda, profesor de ITbM, Universidad de Nagoya y líder de esta investigación. "La razón por la que esto ha sido difícil fue porque no había un método eficiente para visualizar la dinámica de la división celular usando el cigoto vivo escondido en el interior.las plantas ", continúa.
En 2015, el grupo de investigación del Dr. Daisuke Kurihara en la Universidad de Nagoya informó una técnica para visualizar el crecimiento de embriones vivos en una planta modelo, Arabidopsis thaliana Arabidopsis. Ueda, Kurihara y sus colegas mejoraron la resolución de esta técnica de imagen para sercapaz de observar la estructura interna de la célula.
"La parte más difícil de esta investigación fue poder identificar los marcadores adecuados para visualizar el contenido de la célula vegetal", explica Ueda. "Con la ayuda del Dr. Tomokazu Kawashima de la Universidad de Kentucky y el profesor Frederic BergerEn el Instituto Mendel, probamos diferentes combinaciones de marcadores de colores basados en proteínas fluorescentes verdes GFP para crear un contraste entre los diferentes componentes dentro de la célula. Yusuke Kimata, un estudiante graduado en nuestro grupo, realizó experimentos para observar lo que realmente estaba sucediendo.a la célula de huevo después de la fertilización "
El grupo logró visualizar por primera vez cómo se desmonta el citoesqueleto de los óvulos de las plantas después de la fertilización y luego se reorganiza para crear una polaridad en la célula que finalmente conduce a la división celular asimétrica. Las células vegetales contienen dos citoesqueletos principales, es decir, microtúbulosMT y filamentos de actina F-actina, que ayudan a las células a mantener su forma, proporcionan apoyo mecanicista y permiten que las células se dividan y se muevan. Ueda y Kimata utilizaron marcadores fluorescentes de MT y F-actina para ver cómo cambian antesy después de la fertilización, y cómo las dos fibras juegan un papel en la polarización y la división asimétrica del cigoto.
"De nuestros experimentos de imágenes de células vivas, observamos que las MT que se alinearon inicialmente a lo largo del eje superior-inferior del óvulo no fertilizado, se desintegran con la fertilización, lo que lleva a la contracción de la célula", describe Ueda. "Después de casi 3 horas, una estructura de anillo apareció en la parte superior del cigoto, desde donde apareció un bulto que alargaba la célula. Esta estructura de anillo se retuvo mientras la célula se alargaba. Finalmente, las MT se reunieron alrededor del núcleo después de aproximadamente 18 horas y distribuyeron los cromosomas,finalmente conduce a la división celular después de aproximadamente 22 horas ", continúa." Estábamos muy emocionados cuando vimos esta película, donde los cigotos se comportan como un pastel de arroz japonés estirado, ya que este evento no se parecía en nada a lo que hemos visto antes ".
El grupo luego estudió la dinámica de la F-actina mediante técnicas de imágenes en vivo. De manera similar a las MT, el ensamblaje inicial de F-actina en un óvulo no fertilizado se interrumpió con la fertilización.
"Lo que fue diferente para la F-actina, fue que se alinean a lo largo del eje superior-inferior después de la fertilización, y se juntan en una estructura de tapa en la punta de la célula", describe Ueda. "Pudimos observar que la inicialel ensamblaje tanto de MTs como de F-actina se interrumpe con la fertilización de la célula de huevo, y el cigoto en crecimiento alinea gradualmente estas fibras en un patrón diferente al de las células de huevo. Esta es la primera vez que se visualiza el evento en tiempo real de la célula asimétrica.división, y pudimos ver otros eventos como el alargamiento celular del cigoto y la migración del núcleo ".
El grupo no solo logró visualizar los eventos en tiempo real de la polarización del cigoto y la división celular asimétrica, sino que pudieron cuantificar los patrones dinámicos del citoesqueleto es decir, la formación de la estructura del anillo y la matriz longitudinal de MTs y F-actina,respectivamente. Los expertos en análisis de imágenes, el Dr. Takumi Higaki y el profesor Seiichiro Hasezawa de la Universidad de Tokio, realizaron estos detallados experimentos de cuantificación.
El grupo planteó la hipótesis de que las MT y la F-actina desempeñan diferentes funciones en el cigoto debido a su diferente alineación en la célula. Para investigar sus funciones específicas, utilizaron inhibidores de cada proteína para ver su efecto sobre la polarización del cigoto y la célula asimétricadivisión.
"A través de imágenes en vivo, vimos que la inhibición de las MT dificulta el alargamiento del cigoto, lo que resulta en la formación de una forma redonda e hinchada de la cabeza del cigoto", describe Ueda. "Por otro lado, cuando inhibimos la F-actina, el núcleono pudo moverse hacia arriba y permaneció cerca del centro del cigoto. Como resultado, la división celular se produjo en la posición del núcleo, lo que condujo a una división celular casi simétrica, donde las células generadas tenían un tamaño similar ".
Los resultados del grupo muestran que las MT son responsables del alargamiento del cigoto a lo largo del eje superior-inferior, mientras que la F-actina juega un papel en el movimiento del núcleo hacia la parte superior del cigoto, para prepararlo para la división celular asimétrica.
"Pudimos demostrar mediante imágenes de células vivas que la polarización de la célula ocurre después de la fertilización del óvulo, y tanto las MT como la F-actina juegan un papel en inducir la división celular asimétrica para formar el eje del cuerpo de la planta", dice Ueda"Esperamos poder encontrar el origen exacto de lo que causa la polarización y los componentes que se están distribuyendo en la célula mediante la visualización de más componentes en el cigoto de la planta. Prevemos que este trabajo conducirá a descubrir cómo han evolucionado las plantas con flores.formar su estructura y forma actuales "
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Materiales proporcionado por Instituto de Bio-Moléculas Transformativas WPI-ITbM, Universidad de Nagoya . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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