Imagem celular ao vivo do citoesqueleto microtubulo e manipulação micromecânica da Arabidopsis Shoot Apical Meristem

As células vegetais são cercadas por uma matriz extracelular de polissacarídeos e glicoproteínas que se assemelha mecanicamente a um material composto reforçado com fibra capaz de mudar dinamicamente suas propriedades mecânicas¹. O crescimento das células vegetais é impulsionado pela absorção de água na célula, o que resulta em um acúmulo concomitante de forças de tração na parede celular. Em resposta a tais forças, modificações no estado físico da parede celular permitem a expansão celular. As células com paredes primárias são capazes de sofrer um rápido crescimento em comparação com a parede celular secundária contendo células principalmente devido a diferenças na composição química dos polissacarídeos dentro. As células de parede primárias são compostas de celulose, hemicellulose e pectina, além de glicoproteínas, e falta de lignina, componente presente na parede celular secundária². A celulose, um polímero de glicose ligado através de β-1,4 ligações, é o principal componente das paredes celulares. É organizado em estruturas fibrilares capazes de suportar altas forças de tração experimentadas durante o crescimento celular³. Além de resistir às forças de tração, o reforço mecânico ao longo de uma direção preferencial resulta em expansão orientada por turgor ao longo de um eixo perpendicular à orientação líquida do microfibril de celulose. A organização dos microfibrilas de celulose é influenciada pelo citoesqueleto de microtubulos cortical, pois orientam o movimento direcional dos complexos de celulose-sintetizadores localizados na membrana plasmática⁴. Portanto, monitorar a organização de microtúbulos corticais usando uma proteína associada a microtúbulos ou tubulina fundida com uma molécula fluorescente serve como proxy para a observação de padrões de sobrepesca de celulose em células vegetais.

A padronização do citoesqueleto de microtúbulos cortical está sob o controle de forças mecânicas derivadas da morfologia celular e tecidual. A organização de microtúbulos corticais não possui nenhuma organização preferencial ao longo do tempo em células localizadas no ápice do SAM, enquanto as células da periferia e a fronteira entre o SAM e o órgão emergente possuem uma matriz supracelular estável e altamente organizada de microtúbulos corticais⁵. Várias abordagens foram desenvolvidas para perturbar fisicamente o estado mecânico das células. Alterações no estado osmótico, bem como tratamento com compostos farmacológicos e enzimáticos que influenciam a rigidez da parede celular podem resultar em alterações subsequentes nas forças de tração experimentadas pela célula^6,7. O uso de engenhocas que permitem o aumento gradual das forças compressivas experimentadas pelos tecidos é outra alternativa⁸. A aplicação de forças centrífugas também tem sido demonstrada para influenciar as forças mecânicas sem qualquer contato físico com as células⁹. No entanto, os meios mais amplamente utilizados de mudança de forças direcionais em um grupo de células se aproveitam do fato de que todas as células epidérmicas estão sob tensão e a ablação física das células eliminará a pressão de turgor localmente, bem como interromperá a adesão célula-celular, modificando assim as forças de tração experimentadas pelas células vizinhas. Isto é realizado tanto visando um laser ultravioleta pulsado de alta potência ou por meio de uma agulha fina.

Aqui elaboramos sobre o processo de imagem e avaliação do comportamento de microtúbulos corticais para perturbação mecânica no SAM.