Las raíces de las plantas juegan un papel fundamental en la absorción, selección, enriquecimiento y retención de una variedad de diferentes elementos minerales, por lo tanto, suministran nutrientes a los tejidos distantes de las plantas mientras secuestran cantidades excesivas de metales.
por el Instituto Leibniz de Genética Vegetal e Investigación de Plantas de Cultivo
Para ejecutar tales funciones específicas de elementos, una variedad de transportadores de iones presentes en las raíces median la absorción, el flujo de salida y la compartimentación intracelular de diferentes elementos minerales.
La mayoría de los transportadores de iones muestran patrones característicos de localización específicos del tejido y el tipo de célula, que pueden alterarse en respuesta a señales internas o señales externas. Para comprender completamente el papel de la multitud de transportadores de iones y vías de transporte que actúan en las raíces, es necesario determinar su contribución a la distribución de elementos en células y tejidos.
El mejor método para la cuantificación simultánea de múltiples elementos es la espectrometría de masas de plasma de acoplamiento inductivo (ICP-MS). Sin embargo, ICP-MS todavía se limita en gran medida al análisis de tejidos completos en lugar de tejidos individuales o tipos de células específicas. Superar esta limitación permitiría a los investigadores mapear simultáneamente la distribución de varios elementos minerales a lo largo de diferentes capas de células de la raíz, un paso fundamental para comprender completamente cómo las raíces protegen las células madre altamente sensibles de los elementos tóxicos, pero comparten elementos esenciales y beneficiosos con las partes aéreas.
«Con esto en mente, desarrollamos un método en el que los distintos tipos de células aisladas de las raíces de varias líneas indicadoras se separan mediante la clasificación de células activadas por fluorescencia antes del análisis elemental con ICP-MS», dice el Dr. Ricardo Giehl, primer autor del estudio. nuevo estudio publicado en Nature Communications . «Nuestro nuevo método nos permitió determinar la concentración de hasta 11 elementos minerales en diferentes tipos de células y explorar las consecuencias de la carga alterada del xilema o la alteración de la disponibilidad de nutrientes a alta resolución espacial».
Los investigadores utilizaron el nuevo método FACS-ICP-MS para revelar una distribución significativa de elementos específicos del tipo de célula y la existencia de un fuerte gradiente de concentración entre las capas de células internas y externas en las raíces. “Además, los rangos de concentración celular para la mayoría de los macro y micronutrientes estimados con nuestro método pueden servir como referencia para futuros estudios”, enfatiza el Prof. Dr. Nicolaus von Wirén, jefe del departamento de investigación de Fisiología y Biología Celular del IPK.
El método también ayudó a los investigadores a identificar un enriquecimiento de manganeso específico para el tipo de célula en raíces de plantas expuestas a condiciones limitantes de hierro. Al instalar un mecanismo de secuestro de manganeso en tipos de células específicos, los investigadores descubrieron que los pelos de la raíz juegan un papel fundamental en la retención del exceso de manganeso absorbido por las plantas con deficiencia de hierro, evitando así una concentración tóxica de acumulación de manganeso en los brotes.
«Nuestros resultados resaltan la importancia de la ubicación ‘topográfica’ particular de los transportadores de iones para dirigir el movimiento radial de los iones destinados a los brotes o para el secuestro eficiente de metales en las raíces», dice Giehl. «La posibilidad de combinar nuestro método con la transcriptómica y desarrollarlo aún más hacia ICP-MS de una sola célula ofrece la posibilidad de investigar las redes transcriptoma-ionoma a una resolución espacial muy alta. Este conocimiento es fundamental para comprender y manipular las vías de transporte con el fin de aumentar los nutrientes. use la eficiencia mientras previene simultáneamente la acumulación de elementos tóxicos en los tejidos de la superficie».
Más información: Ricardo FH Giehl et al, Mapeo específico de tipo celular de la distribución de iones en raíces de Arabidopsis thaliana, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-38880-0
