Казань, Республика Татарстан, Россия
Казань, Республика Татарстан, Россия
Казань, Республика Татарстан, Россия
Казань, Республика Татарстан, Россия
Казань, Республика Татарстан, Россия
Казань, Республика Татарстан, Россия
Казань, Республика Татарстан, Россия
В работе представлены результаты использования метода спин-эхо ЯМР с применением нового типа МРТ-флуоресцентных контрастных агентов для исследования характеристик транспорта воды в тканях корней растений. Двойное контрастирование обеспечено включением как флуоресцентных, так и парамагнитных компонентов в силикатные наночастицы. Цель использования данного методического подхода заключается в демонстрации возможности исследования интенсивности транспорта воды в корнях селективно по симпластному (из клетки в клетку через плазмодесмы) и апопластному (внеклеточному) путям водного переноса. Флуоресцентные свойства наночастиц позволили исследовать скорость их проникновения и характер распределения в тканях корня кукурузы. Было показано, что частицы относительно быстро проникают и распределяются по апопласту корня, но при этом не проникают внутрь клеток, по крайней мере, в течение 1,5-2 часов, что являлось необходимым условием для проведения ЯМР экспериментов. В работе использовали два вида наночастиц с парамагнитным ядром на основе марганца и оксида железа. Было показано, что водные растворы наночастиц обладают показателями релаксивности приемлемыми для разделения внеклеточной и внутриклеточной воды в тканях корня по временам магнитной релаксации после часовой инкубации корней растений в растворах наночастиц. Контроль скорости проникновения наночастиц в апопласт корня с помощью конфокальной микроскопии был использован для демонстрации возможностей для качественной оценки интенсивности апопластного транспорта воды в корне. Таким образом, по сравнению с хорошо известными и использованными нами ранее видами МРТ-контрастантов на основе гадолиния, марганца и др., очевидным преимуществом использования парамагнитных флуоресцентных наночастиц в исследовании транспорта воды в растительных тканях, является возможность их визуализации в тканях, а также отсутствие токсического действия на растения, что также было показано в данной работе.
транспорт воды в растениях, ядерный магнитный резонанс, спин-спиновая релаксации, парамагнитные флуоресцентные наночастицы, апопласт, симпласт
1. Kramer P.J. Water relations of plants. New-York: Academic Press, 1983, 489 p.
2. Steudle E. Water uptake by plant roots: an integration of views. Plant Soil., 2000, vol. 226, pp. 45-56.
3. Kim Y.X., Ranathunge K., Lee S., Lee Y., Lee D., Sung J. Composite transport model and water and solute transport across plant roots: an update. Frontiers in Plant Science, 2018, vol. 9, no. 193, doi:https://doi.org/10.3389/fpls.2018.00193.
4. Maurel C., Boursiac Y., Luu D.T., Santoni V., Shahzad Z., Verdoucq L. Aquaporins in plants. Physiol. Rev., 2015, vol. 95, pp. 1321-1358.
5. Bao Y., Aggarwal P., Robbins N.E., Sturrock C.J., Thompson M.C., Tan H.Q., Tham C., Duan L., Rodriguez P.L., Vernoux T. Plant roots use a patterning mechanism to position lateral root branches toward available water. Proc. Nat. Acad. Sci., 2014, vol. 111, pp. 9319-9324.
6. Dietrich D., Pang L., Kobayashi A., Fozard J.A., Boudolf V., Bhosale R., Antoni R., Nguyen T., Hiratsuka S., Fuji N. Root hydrotropism is controlled via a cortex-specific growth mechanism. Nat. Plants, 2017, vol. 3, p. 17057.
7. Barberon M., Vermeer J.E.M., De Bellis D., Wang P., Naseer S., Andersen T.G., Humbel B.M., Nawrath C., Takano J., Salt D.E., Geldner N. Adaptation of root function by nutrient-induced plasticity of endodermal differentiation. Cell, 2016, vol. 164, pp. 447-459.
8. Doblas V.G., Smakowska-Luzan E., Fujita S., Alassimone J., Barberon M., Madalinski M., Belkhadir Y., Geldner N. Root diffusion barrier control by a vasculature-derived peptide binding to the SGN3 receptor. Science, 2017, vol. 355, pp. 280-284.
9. Couvreur V., Faget M., Lobet G., Javaux M., Chaumont F., Draye X. Going with the Flow: Multiscale Insights into the Composite Nature of Water Transport in Roots. Plant. Physiol., 2018, vol. 178, pp. 1689-1703.
10. Anisimov A.V., Evarestov A.S., Ionenko I.F., Gusev N.A. Pulsed NMR method for estimation of intercellular water transport on symplasm. Dokl. Akad. Nauk SSSR, 1983, vol. 271, 1246-1249.
11. Anisimov A.V., Suslov M.A. Estimating the MRI contrasting agents effect on water permeability of plant cell membranes using the 1H NMR gradient technique. Applied Magnetic Resonance, 2021, vol. 52, no. 3, pp. 235-246, doi:https://doi.org/10.1007/s00723-021-01313-6.
12. Fedorenko S., Stepanov A., Sibgatullina G., Samigullin D., Mukhitov A., Petrov K., Mendes R., Rümmeli M., Giebeler L., Weise B. Fluorescent Magnetic Nanoparticles for Modulating the Level of Intracellular Ca2+ in Motoneurons. Nanoscale, 2019, vol. 11, pp. 16103-16113.
13. Fedorenko S., Stepanov A., Bochkova O., Kholin K., Nizameev I., Voloshina A., Tyapkina O., Samigullin D., Kleshnina S., Akhmadeev B., Romashchenko A., Zavjalov E., Amirov R., Mustafina A. Specific nanoarchitecture of silica nanoparticles codoped with the oppositely charged Mn2+ and Ru2+ complexes for dual paramagnetic-luminescent contrasting effects. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, 2023, vol. 49, p. 102665.
