新技术扩展植物细胞以获得更好的显微成像

由于圣路易斯华盛顿大学艺术与科学系生物学助理教授、唐纳德·丹福思植物科学中心助理成员凯文·考克斯的新研究，我们研究植物细胞的方式正在扩大。在《植物杂志》发表的一项新研究中，Cox和他的团队描述了他们是如何开发ExPOSE（植物原生质体系统中的扩增显微镜）的，这是一种将扩增显微镜引入植物的技术

传统的成像方法往往需要权衡。考克斯解释说：“我们有低端显微镜，它们用户友好，但不能提供太多的深度和分辨率。”。“然后是高端显微镜，在那里你有很好的分辨率和数据，但需要处理的东西很多，而且它们更贵。”

这就是膨胀显微镜（ExM）的用武之地。ExM不是依靠镜头放大，而是通过将生物组织嵌入水凝胶中来物理放大，水凝胶是一种吸水性聚合物，可以膨胀而不会失去形状，与婴儿尿布等产品中使用的材料类型相同。随着水凝胶的膨胀，细胞结构也会膨胀，使得在标准显微镜下更容易看到微小的细节。因此，与单个元素可能变得模糊或失真的放大图片不同，细胞的物理尺寸会增加，就像水中的海绵一样。更好的是，它成本低，易于使用

虽然ExM已被广泛应用于动物研究，但将其应用于植物一直具有挑战性。植物细胞具有由纤维素制成的刚性细胞壁，可防止均匀膨胀

Cox和他的团队通过使用原生质体（去除细胞壁的植物细胞）解决了这个问题，使他们能够成功地将ExM应用于植物研究。结果就是ExPOSE，这是一种有助于提供高分辨率、详细的植物细胞视图的方法

借助ExPOSE，研究人员现在能够以更高的分辨率可视化植物的细胞结构，从而研究蛋白质、RNA和其他生物分子的精确位置。这对Cox来说很重要，他的工作重点是细胞通信和反应。他说：“这让我们更好地了解这些基因和蛋白质的位置，它们是如何运作的，以及它们如何在细胞反应中发挥作用。”

但ExPOSE只是细胞成像和数据收集的一部分。Cox提出了这样一个问题：“我们还可以结合哪些其他方法使其更像一个工具包？”当ExPOSE与杂交链式反应（通常称为HCR）和免疫荧光等技术结合使用时，Cox和他的团队发现他们能够更详细地看到蛋白质和RNA

一个强大的植物生物学新工具包

尽管ExPOSE目前用于研究单个细胞，但Cox设想了植物扩增显微镜的更大未来。考克斯解释说：“我们正试图在细胞水平上理解空间信息，然后在大规模上共同理解。”。这意味着使用ExPOSE来观察器官、叶子、根，最终是整个植物，研究人员将能够研究这些细胞是如何相互交流的

考克斯研究的中心是一种谦逊但强大的模式生物：浮萍。这种生长迅速的小型水生植物可能是研究细胞通讯和基因表达的理想选择。考克斯说：“因为浮萍很小，它给了我们一个模型来了解每个细胞在特定时刻的活动。”。这在研究植物细胞如何应对压力（如感染或环境变化）时特别有用

最终目标？将这些知识应用于作物。通过了解植物细胞如何相互交流并防御威胁，研究人员可以开发出更具弹性、产量更高、生长更快的作物，改善粮食安全和可持续性 More information: ExPOSE: a comprehensive toolkit to perform expansion microscopy in plant protoplast systems, The Plant Journal (2025). DOI: 10.1111/tpj.70049 , onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.70049

Journal information: The Plant Journal