Ученые разработали вычислительный метод Apical3DTip, который позволяет в трехмерном пространстве анализировать живые клетки растений и отслеживать изменения их формы. Новый подход описан в журнале Plant Methods на примере резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana) – модельного организма в биологии растений.
Геометрия клетки играет ключевую роль на ранних стадиях развития эмбриона: от нее зависит ориентация клеточных делений и формирование оси тела будущего растения. До сих пор исследователи сталкивались с трудностями при изучении этих процессов. Анализ двумерных проекций не передает реальную трехмерную форму, а существующие методы 3D-реконструкции требуют сложной и трудоемкой ручной коррекции. Кроме того, при их использовании часто теряется исходная ориентация клетки в пространстве, что затрудняет сравнение и анализ динамики развития.
Метод Apical3DTip решает эти проблемы. Во-первых, он приводит все клетки к единой трехмерной системе координат, нормализуя их положение. Это особенно важно для эмбрионов резуховидки, которые могут свободно перемещаться в жидкой среде. Алгоритм отличает реальное изменение формы клетки от ее случайного смещения или поворота. Во-вторых, для воссоздания объемной структуры он использует серию эллиптических срезов, полученных из набора изображений. Такой подход не требует построения сложных поверхностных сеток и их ручной правки.
Apical3DTip – это не новая техника микроскопии, а интегрированный программный инструмент для обработки данных. Он позволяет анализировать наборы изображений, определять ориентацию клеток и измерять их объем и форму в 3D. Разработчики показали, что метод применим для анализа как начальной клетки эмбриона, так и для изучения последующих делений или растущих кончиков корневых волосков. Подход эффективен для любых вытянутых клеток с примерно эллиптическим поперечным сечением. Хотя в статье не представлены новые биологические открытия, сам инструмент открывает возможности для более точных и последовательных исследований морфологии и развития живых растительных эмбрионов.