Une nouvelle technique étend les cellules végétales pour une meilleure imagerie microscopique

La façon dont nous étudions les cellules végétales se développe – en littéralement – grâce à de nouvelles recherches de Kevin Cox, professeur adjoint de biologie en arts et sciences de l’Université de Washington à St. Louis et membre adjoint du Donald Danforth Plant Science Center. Dans une nouvelle étude publiée dans Le Journal de l’usineCox et son équipe décrivent comment ils ont développé un exposition (microscopie d’expansion dans les systèmes de protoplastes végétaux), une technique qui apporte la microscopie d’expansion aux plantes.

Les méthodes d’imagerie traditionnelles sont souvent livrées avec des compromis. « Nous avons les microscopes bas de gamme, qui sont conviviaux mais ne fournissent pas beaucoup de profondeur et de résolution », a expliqué Cox. « Et puis les microscopes haut de gamme, où vous avez une très bonne résolution et des données, mais c’est beaucoup à traiter, et ils sont plus chers. »

C’est là que la microscopie d’expansion (EXM) entre en jeu. Au lieu de s’appuyer sur des lentilles pour zoomer, EXM élargit physiquement les tissus biologiques en les incorporant dans un hydrogel, un polymère absorbant l’eau qui peut s’étendre sans perdre sa forme – le même type de matériau utilisé dans des produits comme les plans de bébé. Au fur et à mesure que l’hydrogel gonfle, il en va de même pour les structures cellulaires, ce qui rend les détails minuscules plus faciles à voir au microscope standard. Ainsi, au lieu d’une image zoomée où les éléments individuels peuvent devenir floues ou déformés, la taille physique des cellules augmente, comme une éponge dans l’eau. Mieux encore, il est à faible coût et accessible.

Alors que l’EXM a été largement utilisé dans la recherche sur les animaux, l’appliquer aux plantes a été difficile. Les cellules végétales ont des parois cellulaires rigides en cellulose, qui empêchent une expansion uniforme.

Cox et son équipe ont abordé ce problème en utilisant des protoplastes – des cellules plantaires avec leurs murs supprimées – les permettant d’adapter avec succès l’EXM pour la recherche sur les plantes. Le résultat est d’exposer, une méthode qui aide à fournir des vues détaillées à haute résolution des cellules végétales.

À l’exposition, les chercheurs seront désormais en mesure de visualiser les structures cellulaires d’une plante avec une plus grande résolution, leur permettant d’étudier l’emplacement précis des protéines, de l’ARN et d’autres biomolécules. Ceci est important pour Cox, dont le travail est axé sur la communication et la réponse cellulaires. « Cela nous donne une meilleure compréhension de l’endroit où sont ces gènes et ces protéines, comment ils fonctionnent et comment ils pourraient jouer un rôle dans la réponse cellulaire », a-t-il déclaré.

Mais l’expose n’est qu’une partie de l’imagerie cellulaire et de la collecte de données. Cox a posé la question: « Quelles autres méthodes pourrions-nous coupler avec cela pour le faire davantage comme une boîte à outils? » Lorsque l’expose a été utilisé conjointement avec des techniques telles que la réaction en chaîne d’hybridation, communément appelée HCR et l’immunofluorescence, Cox et son équipe ont constaté qu’ils étaient capables de voir à la fois des protéines et de l’ARN.

Une nouvelle boîte à outils puissante pour la biologie des plantes

Bien que l’exposition soit actuellement utilisée pour étudier les cellules individuelles, Cox envisage un avenir encore plus grand pour la microscopie d’expansion dans les plantes. « Nous essayons de comprendre les informations spatiales au niveau cellulaire, puis, collectivement, collectivement, à grande échelle », a expliqué Cox. Cela signifie utiliser l’exposition pour regarder les organes, les feuilles, les racines et, finalement, les plantes entières, où les chercheurs seront en mesure d’étudier comment ces cellules communiquent entre elles.

Au centre de la recherche de Cox se trouve un organisme modèle modeste mais puissant: le lentilles. Cette petite plante aquatique à croissance rapide est potentiellement idéale pour étudier la communication cellulaire et l’expression des gènes. « Parce que la lentille est si petite, cela nous donne un modèle pour comprendre ce que chaque cellule fait à un moment donné », a déclaré Cox. Ceci est particulièrement utile lors de l’étude de la façon dont les cellules végétales réagissent au stress, telles que les infections ou les changements environnementaux.

Le but ultime? Appliquer ces connaissances aux cultures. En comprenant comment les cellules végétales se parlent et se défendent contre les menaces, les chercheurs pourraient développer des cultures plus résilientes, plus renforcées et plus rapides, améliorant la sécurité alimentaire et la durabilité.