マイクロステリアのラマンイメージング：形状の新しい洞察

星型の細胞パターンを備えた藻類の微小異常は、形態形成を研究するのに最適な単細胞モデルシステムです。何十年もの間、正確に定義された領域で一次細胞壁にインデントがどのように形成されるかは、科学者が科学者を困惑させ、静止インデントと比較して、拡張されたヒントの主要な壁の化学的違いを検索しました。私たちは今、ラマンイメージングで質問に取り組み、発達のさまざまな段階でその場でマイクロスライス細胞をスキャンしました。数千のラマンスペクトルが母親と発達中のセミセルから取得され、最も異なるラマンスペクトルを見つけるアルゴリズムに基づいて化学画像を計算しました。これらのスペクトルにはそれぞれ特徴的なラマンバンドがあり、それらはBASO4、タンパク質、脂質、澱粉、および植物細胞壁炭水化物の分子振動に割り当てられていました。細胞壁の炭水化物を視覚化すると、成長中のセミセルの原発性細胞壁の凝固と、セルロースミクロフィブリルの二次細胞壁の細胞表面への数膜壁の肥厚が明らかになりました。結晶性セルロースは二次細胞壁スペクトルに支配され、一次細胞壁スペクトルではキシログルカンとペクチンも反射しました。一次細胞壁のインデント領域と先端領域の間のスペクトルの違いは希少でしたが、インデント領域に堆積したより多くのセルロースフィブリルを指し示したスペクトル混合アプローチが指摘されました。したがって、セルロースミクロフィブリルのより密度の高いネットワークと一緒に細胞壁の肥厚がインデントの細胞壁を硬化させ、異なる細胞壁の伸びを誘導して葉を形作ることをお勧めします。

The algae Micrasterias with its star-shaped cell pattern is a perfect unicellular model system to study morphogenesis. How the indentations are formed in the primary cell wall at exactly defined areas puzzled scientists for decades, and they searched for chemical differences in the primary wall of the extending tips compared to the resting indents. We now tackled the question by Raman imaging and scanned in situ Micrasterias cells at different stages of development. Thousands of Raman spectra were acquired from the mother cell and the developing semicell to calculate chemical images based on an algorithm finding the most different Raman spectra. Each of those spectra had characteristic Raman bands, which were assigned to molecular vibrations of BaSO4, proteins, lipids, starch, and plant cell wall carbohydrates. Visualizing the cell wall carbohydrates revealed a cell wall thickening at the indentations of the primary cell wall of the growing semicell and uniplanar orientation of the cellulose microfibrils to the cell surface in the secondary cell wall. Crystalline cellulose dominated in the secondary cell wall spectra, while in the primary cell wall spectra, also xyloglucan and pectin were reflected. Spectral differences between the indent and tip region of the primary cell wall were scarce, but a spectral mixing approach pointed to more cellulose fibrils deposited in the indent region. Therefore, we suggest that cell wall thickening together with a denser network of cellulose microfibrils stiffens the cell wall at the indent and induces different cell wall extensibility to shape the lobes.