Determinare come vari trattamenti e condizioni influenzano le proprietà meccaniche delle cellule vegetali potrebbe consentire agli scienziati di comprendere la crescita delle piante a livello cellulare e escogitare modi per migliorarla. In un rapporto rivoluzionario pubblicato su The Cellula vegetale , un team di ricercatori introduce uno strumento robotico innovativo che misura le proprietà meccaniche delle cellule vegetali con risoluzione cellulare.

Gli scienziati delle piante hanno un nuovo strumento nel loro kit di strumenti. Il microestensimetro confocale automatizzato (ACME), sviluppato da un team di ricercatori in Europa e negli Stati Uniti, consente agli scienziati di misurare la variazione spaziale delle proprietà meccaniche delle cellule vegetali con una precisione senza precedenti.

La crescita delle cellule vegetali è limitata dalle proprietà meccaniche della parete cellulare circostante. Si ritiene che le pareti cellulari nelle parti in crescita di una pianta siano molto più estensibili (elastiche) di quelle nelle parti mature, e queste differenze locali nell'estensibilità della parete cellulare influenzano la forma complessiva della pianta. Fino ad ora, non è stato possibile misurare l'estensibilità della parete cellulare nella direzione della crescita nelle piante viventi. Un team di ricercatori guidato da Cris Kuhlemeier dell'Istituto di scienze vegetali dell'Università di Berna in Svizzera ha creato un sistema che fa proprio questo.

"Intuitivamente il modo più semplice per farlo è allungare la pianta e osservare quanto si allunga ogni cellula, " spiega la prima autrice Sarah Robinson. Usando questo principio, i ricercatori hanno messo insieme una pipeline robotica che combina parti personalizzate e disponibili in commercio. Hanno progettato un dispositivo specializzato che mantiene le piante in posizione senza danneggiarle e quindi le allunga sotto una trazione definita. Il dispositivo, che è montato su un microscopio, è controllato da un software che consente all'utente di specificare la durata e il grado di allungamento. Le immagini ad alta risoluzione della pianta vengono scattate durante l'allungamento, e un software personalizzato utilizza le immagini per calcolare le proprietà meccaniche in diverse regioni dell'impianto. Gli autori hanno chiamato il dispositivo ACME dopo la società fittizia presente nei cartoni di Road Runner/Wile E. Coyote, perché sono stati ispirati dagli sforzi instancabili di Wile E. Coyote. "Per fortuna, alla fine, abbiamo avuto più successo, ma alcuni dei nostri prototipi erano meno eleganti e richiedevano molto scotch, " scherza Sara.

Usando ACME, gli autori hanno dimostrato che le cellule negli steli delle piantine mostrano un gradiente di proprietà meccaniche in presenza dell'acido gibberellico dell'ormone della crescita delle piante. Per di più, hanno usato il loro sistema versatile per dimostrare che lo stretching induce aumenti irreversibili della lunghezza cellulare nelle cellule vegetali viventi, ma che gli aumenti della lunghezza delle cellule sono parzialmente invertiti nei tessuti vegetali morti una volta che l'allungamento si interrompe. Sebbene ACME sia stato costruito per ospitare piccoli campioni (l'esemplare utilizzato in questo studio era una minuscola erbaccia nota come thale cress), può essere facilmente adattato per l'uso con campioni più grandi e diversi sistemi di imaging.

Il team ha messo a disposizione gratuitamente tutte le informazioni necessarie per creare questo sistema, in modo che gli scienziati delle piante in altri laboratori possano utilizzare ACME nella propria ricerca. "ACME ha molte applicazioni e possibilità di utilizzo futuro, " dice Sarah Robinson. Ad esempio, questo dispositivo può aiutarci a comprendere i meccanismi attraverso i quali vari input e trattamenti alterano la crescita delle piante a livello cellulare. Per di più, potrebbe chiarire condizioni e trattamenti che promuovono l'estensibilità della parete cellulare delle piante, e quindi migliorare la crescita delle piante a livello cellulare. Data la crescente domanda di produzione di biomassa, questa è una prospettiva molto eccitante.