圖1滩援、由纖維素微纖絲、半纖維素和果膠組成的植物細胞壁結構溜歪，摘自[1]形耗。

與動物細胞不同奶膘，植物細胞被堅固的細胞壁所包圍。植物細胞壁由纖維素、半纖維素编丘、果膠和細胞壁蛋白質(zhì)構成挽牢，它們的組成和排列方式會隨細胞內(nèi)部和外部刺激而動態(tài)變化[2]谱煤。目前已有多種技術應用于植物細胞壁成像，比如原子力顯微鏡禽拔、掃描電鏡刘离、傅里葉變換紅外光譜和拉曼顯微鏡等，然而這些技術都有化學分辨率或空間分辨率低的缺陷睹栖。

2020年硫惕，Science雜志發(fā)表了巴黎薩克雷大學Alexis Peaucelle和英國劍橋大學Kalina T. Haas等研究人員合作的題為“Pectin homogalacturonan nanofilament expansion drives morphogenesis in plant epidermal cells”的研究論文茧痕。

該研究的創(chuàng)新點在于將傳統(tǒng)的能夠準確標記細胞內(nèi)多種大分子的免疫組織化學染色技術與多色三維隨機光學重構超分辨率顯微鏡（3D-dSTORM）結合，使對細胞壁多糖高靈敏度察贵、高分辨率成像成為可能慢况。STORM超分辨技術由華人科學家莊小威發(fā)明，其將顯微鏡分辨率推進到幾納米捻奉，比光學衍射極限高近兩個量級青先，極大地促進了生物醫(yī)學研究（圖2）。

圖2九站、普通成像與STORM成像效果對比委鸯。微管（綠色）和網(wǎng)格蛋白小窩（紅色）經(jīng)過免疫熒光標記(摘自莊小威實驗室網(wǎng)站)。

作者指出屋骇，植物細胞壁是多糖 (例如纖維素菲国，半纖維素和果膠) 的復雜復合物。細胞壁被認為是雙相的: 被半纖維素束縛的結晶纖維素微纖維被淹沒在果膠和蛋白質(zhì)的凝膠狀基質(zhì)中殷彰。果膠構成了結構多樣的多糖家族射屿，具有1,4-連接的 α-半乳糖糖醛酸 (GalpA) 的定義特征。作者專門研究了僅包含GalpA線性鏈的高半乳糖醛酸 (HG) 多糖哺肘。高半乳糖苷在含有更復雜和分支的果膠的雜聚糖 (鼠李糖半乳糖苷I和II型) 以及糖綴合物 (如蛋白聚糖APAP1) 中也以HG聚糖結構域的形式存在殴胧。

作者使用超分辨率三維直接隨機光學重建顯微鏡 (3D-dSTORM)和低溫掃描電子顯微鏡 (cryoSEM) 展示了 HG 的同聚糖聚合形式的 muro 納米結構。作者發(fā)現(xiàn)佩迟，在子葉背斜壁中团滥，HG 組裝成離散的納米絲，而不是連續(xù)互連的網(wǎng)絡报强。作者認為它們可能是類似于 X 射線衍射觀察到的四元結構灸姊。由此，作者制定了路面細胞形態(tài)發(fā)生的內(nèi)在細胞壁膨脹“擴展梁”模型秉溉。在該模型中力惯，局部同型半乳糖醛酸去甲酯化導致納米絲徑向膨脹，這是由具有不同包裝的四元結構之間的轉(zhuǎn)換引起的召嘶。作者通過證明單獨 HG 的去甲基酯化足以誘導組織擴張來進一步檢驗這一假設父晶。最后，作者將該模型形式化為預測組織拓撲弄跌、局部細胞壁厚度诱建、張力和生長的三維非線性有限元方法 (FEM) 模型。

3D-dSTORM納米鏡可深入了解納米級的生物結構碟绑。作者在4微米厚的組織切片上結合3D-dSTORM和使用針對高甲基酯化 (LM20) 和低或未酯化 (2F4) HG的抗體進行免疫標記武骆，獲得了約40-50納米的橫向和約80納米的軸向分辨率和約800納米的深度重建。兩種抗體在靠近質(zhì)膜的細胞壁中結合溃杖，但很少在中間薄片中結合硝锨，這表明抗原表位對抗體的可及性有限耽慌，或者在該位置缺乏這種表位(圖3B)。

圖3储佣、3D-dSTORM納米鏡和cryoSEM揭示了同型alacturonan納米絲辅任。

3D-dSTORM揭示了在背斜壁中HG形成垂直于子葉表面的排列細絲，作者稱之為HG納米絲 (圖3C)位蓉。它們的估計寬度為?40 nm (圖3D)立漏。相反，在周壁中冶媚，作者沒有檢測到絲狀模式聪戳，這表明在相同細胞的不同壁中具有獨特的HG組織 (圖3E)。作者發(fā)現(xiàn)改變果膠的甲酯化程度會影響細胞生長彭旬，挑戰(zhàn)了此前公認的細胞膨壓驅(qū)動細胞生長的理論缰俊。

圖4、HG甲基化不對稱性影響葉形成娩梨。(A) 在WT沿腰，PME5oe和PMEI3oe子葉中使用3d dstorm成像的代表性葉狀壁段。橙紫色色圖編碼Z位置狈定。比例尺颂龙，500 nm。

同時纽什，作者整理了其中關鍵的實驗技術方法措嵌，并以“Multitarget Immunohistochemistry for Confocal and Super-resolution Imaging of Plant Cell Wall Polysaccharides”為題發(fā)布在Bio-protocol期刊[4]，以期使更多科研人員能夠?qū)⒚庖呓M化與3D-dSTORM結合的思路應用到自己的研究中稿湿。若有需要可按文末文獻名稱搜索。

本文所介紹的細胞壁多糖超分辨率顯微成像技術促進植物發(fā)育研究領域的研究提升押赊，其中所涉及的STORM技術目前已在國內(nèi)實現(xiàn)商業(yè)化饺藤。

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參考文獻