Imágenes de células vivas de citoesqueleto de microtúbulo y manipulación micromecánica del Arabidopsis Shoot Apical Meristem

Las células vegetales están rodeadas por una matriz extracelular de polisacáridos y glicoproteínas que se asemeja mecánicamente a un material compuesto reforzado con fibra capaz de cambiar dinámicamente sus propiedades mecánicas^1. El crecimiento de las células vegetales es impulsado por la absorción de agua en la célula, lo que resulta en una acumulación concomitante de fuerzas de tracción en la pared celular. En respuesta a tales fuerzas, las modificaciones en el estado físico de la pared celular permiten la expansión de la célula. Las células con paredes primarias son capaces de experimentar un crecimiento rápido en comparación con la pared celular secundaria que contiene células principalmente debido a las diferencias en la composición química de los polisacáridos en su interior. Las células de la pared primaria se componen de celulosa, hemicelulosa y pectina además de glicoproteínas, y carecen de lignina, un componente que está presente en la pared celular secundaria^2. La celulosa, un polímero de glucosa unido a través de enlaces β-1,4, es el componente principal de las paredes celulares. Se organiza en estructuras fibrilares que son capaces de soportar las fuerzas de alta tracción experimentadas durante el crecimiento celular^3. Además de soportar las fuerzas de tracción, el refuerzo mecánico a lo largo de una dirección preferencial da como resultado una expansión impulsada por el turgor a lo largo de un eje perpendicular a la orientación neta de la microfibrilla de celulosa. La organización de las microfibrillas de celulosa está influenciada por el citoesqueleto de microtúbulo cortical, ya que guían el movimiento direccional de los complejos de celulosa-sintetización situados en la membrana plasmática⁴. Por lo tanto, el monitoreo de la organización de microtúbulos corticales utilizando una proteína o tubulina asociada a microtúbulos fusionada con una molécula fluorescente sirve como un proxy para la observación de patrones excesivos de celulosa en las células vegetales.

El patrón del citoesqueleto de microtúbulo cortical está bajo el control de las fuerzas mecánicas derivadas de la morfología celular y tisular. La organización de microtúbulos corticales no tiene ninguna organización preferencial a lo largo del tiempo en las células situadas en el ápice del SAM, mientras que las células de la periferia y el límite entre el SAM y el órgano emergente tienen una matriz supracelular estable y altamente organizada de microtúbulos corticales⁵. Se han desarrollado varios enfoques para perturbar físicamente el estado mecánico de las células. Los cambios en el estado osmótico, así como el tratamiento con compuestos farmacológicos y enzimáticos que influyen en la rigidez de la pared celular pueden dar lugar a cambios posteriores en las fuerzas de tracción experimentadas por la célula^6,7. El uso de artilugios que permitan el aumento gradual de las fuerzas de compresión experimentadas por los tejidos es otra alternativa^8. También se ha demostrado que la aplicación de fuerzas centrífugas influye en las fuerzas mecánicas sin ningún contacto físico con las células^9. Sin embargo, los medios más utilizados para cambiar las fuerzas direccionales en un grupo de células aprovechan el hecho de que todas las células epidérmicas están bajo tensión y la ablación física de las células eliminará la presión del turgor localmente, así como la alteración de la adhesión de célula a célula, modificando así las fuerzas de tracción experimentadas por las células vecinas. Esto se realiza ya sea apuntando a un láser ultravioleta pulsado de alta potencia o por medio de una aguja fina.

Aquí profundizamos en el proceso de toma de imágenes y evaluación del comportamiento de los microtúbulos corticales para la perturbación mecánica en el SAM.