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Les études de la biomécanique de la paroi cellulaire sont essentielles pour comprendre la croissance et la morphogenèse des plantes. Le protocole suivant est proposé pour étudier les parois cellulaires primaires minces dans les tissus internes des jeunes organes végétaux à l’aide de la microscopie à force atomique.
Les propriétés mécaniques des parois cellulaires primaires déterminent la direction et le taux de croissance des cellules végétales et, par conséquent, la taille et la forme futures de la plante. De nombreuses techniques sophistiquées ont été développées pour mesurer ces propriétés; Cependant, la microscopie à force atomique (AFM) reste la plus pratique pour étudier l’élasticité de la paroi cellulaire au niveau cellulaire. L’une des limites les plus importantes de cette technique a été que seules les cellules vivantes superficielles ou isolées peuvent être étudiées. Ici, l’utilisation de la microscopie à force atomique pour étudier les propriétés mécaniques des parois cellulaires primaires appartenant aux tissus internes d’un corps végétal est présentée. Ce protocole décrit les mesures du module apparent de Young des parois cellulaires dans les racines, mais la méthode peut également être appliquée à d’autres organes végétaux. Les mesures sont effectuées sur des coupes de matériel végétal dérivées de vibratomes dans une cellule liquide, ce qui permet (i) d’éviter l’utilisation de solutions plasmolysantes ou d’imprégnation d’échantillons avec de la cire ou de la résine, (ii) de rendre les expériences rapides et (iii) de prévenir la déshydratation de l’échantillon. Les parois cellulaires anticlinales et périclinales peuvent être étudiées, selon la façon dont le spécimen a été sectionné. Les différences dans les propriétés mécaniques des différents tissus peuvent être étudiées dans une seule section. Le protocole décrit les principes de planification de l’étude, les problèmes liés à la préparation et aux mesures des éprouvettes, ainsi que la méthode de sélection des courbes force-déformation pour éviter l’influence de la topographie sur les valeurs obtenues du module d’élasticité. La méthode n’est pas limitée par la taille de l’échantillon, mais est sensible à la taille des cellules (c.-à-d. que les cellules avec une grande lumière sont difficiles à examiner).
Les propriétés mécaniques de la paroi cellulaire végétale déterminent la forme de la cellule et sa capacité à se développer. Par exemple, l’extrémité en croissance du tube pollinique est plus molle que les parties non en croissance du même tube1. La formation de primordia sur le méristème d’Arabidopsis est précédée d’une diminution locale de la rigidité de la paroi cellulaire sur le site du futur primordium 2,3. Les parois cellulaires d’Arabidopsis hypocotyle, qui sont parallèles à l’axe de croissance principal et se développent plus rapidement, sont plus molles que ce....
1. Préparation des échantillons pour les mesures AFM
Les cartes typiques du module d’élasticité et du LDF, ainsi que les courbes de force obtenues sur les racines de seigle et de maïs par la méthode décrite, sont présentées à la figure 2. La figure 2A montre les cartes du module d’élasticité et du LDF obtenues sur la section transversale de la racine primaire du seigle. Les zones blanches dans la carte des modules (Figure 2A, à gauche) correspondent à une surestimation.......
Les propriétés mécaniques des parois cellulaires primaires déterminent la direction et le taux de croissance des cellules végétales, et donc la taille et la forme futures de la plante. La méthode basée sur l’AFM présentée ici complète les techniques existantes qui sont utilisées pour étudier les propriétés des parois cellulaires végétales. Il permet d’étudier l’élasticité des parois cellulaires, qui appartiennent aux tissus internes de la plante. En utilisant la méthode présentée, les propri?.......
Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts.
Nous tenons à remercier le Dr Dmitry Suslov (Université d’État de Saint-Pétersbourg, Saint-Pétersbourg, Russie) et le professeur Mira Ponomareva (Institut tatar de recherche scientifique sur l’agriculture, FRC KazSC RAS, Kazan, Russie) pour avoir fourni des semences de maïs et de seigle, respectivement. La méthode présentée a été développée dans le cadre du projet de la Fondation scientifique russe n ° 18-14-00168 attribué à LK. La partie du travail (obtention des résultats présentés) a été réalisée par AP avec le soutien financier de la mission gouvernementale pour le FRC Kazan Scientific Center of RAS.
....Name | Company | Catalog Number | Comments |
Agarose, low melting point | Helicon | B-5000-0.1 | for sample fixation |
Brush | - | - | for section moving |
Cantilevers | NanoTools, Germany | NT_B150_v0020-5 | Model: Biosphere B150-FM |
Cantilevers | NT-MDT, Russia | FMG01/50 | Model: FMG01 |
Cyanoacrylate adhesive | - | - | for vibratomy |
Glass slides | Heinz Herenz | 1042000 | for vibratomy and AFM calibration |
ImageAnalysis P9 Software | NT-MDT, Russia | - | for data analysis |
Leica DM1000 epifluorescence microscope | Leica Biosystems, Germany | 11591301 | for section check |
NaOCl | - | - | for seed sterilization |
Nova PX 3.4.1 Software | NT-MDT, Russia | - | for experiments conducting |
NTEGRA Prima microscope with HD controller | NT-MDT, Russia | - | for AFM and data acquisition |
Petri dish 35 mm | Thermo Fisher Scientific | 153066 | for sample fixation |
Tip pipette 1000 µL | Thermo Fisher Scientific | 4642092 | - |
Tip pipette 2-20 µL | Thermo Fisher Scientific | 4642062 | - |
Ultrapure water | - | - | - |
Vibratome Leica VT 1000S | Leica Biosystems, Germany | 1404723512 | for sample sectioning |
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