Международная команда ученых разработала метод МРТ, специально адаптированный для изучения растений. Этот метод позволяет неинвазивно получать данные о метаболизме сахаров и аминокислот в таких сложных органах, как плоды и клубни.

Современные методы «омики» — такие как геномика, транскриптомика, протеомика и метаболомика — играют ведущую роль в исследованиях растительных систем и системной биологии. В отличие от относительно стабильного генома, метаболом, включающий конечные продукты обмена веществ в клетках, органах и тканях, представляет собой динамическую систему с колеблющимися концентрациями метаболитов как в пространстве, так и во времени.

В биомедицине для исследования живых организмов часто используют ядерно-магнитный резонанс (ЯМР) и магнитно-резонансную томографию (МРТ). Хотя ученые в области ботаники давно заинтересованы в этих методах, их применение было ограничено. Новый метод МРТ, разработанный международной командой, использует принцип химического обмена насыщения (CEST), чтобы неинвазивно отслеживать метаболизм сахаров и аминокислот в органах-накопителях, таких как семена, плоды, корни и клубни, у важных сельскохозяйственных культур, включая кукурузу, ячмень, горох, картофель и сахарный тростник.

Обычно ЯМР-томография тканей основана на сигналах от протонов воды и жиров, концентрация которых в метаболитах значительно ниже. Чтобы выявить метаболиты in vivo, CEST передает магнетизацию от метаболитов к молекулам воды, создавая контраст. Этот метод чувствителен к различным метаболитам за счет их способности обмениваться протонами с водой, что добавляет дополнительный контраст МРТ и позволяет исследовать растения с высокой чувствительностью даже в неоднородных образцах, где обычная спектроскопия малоэффективна.

Исследования показали, что CEST способен фиксировать микроскопические детали и динамику распределения сахаров и аминокислот в растениях, не завися от их вида и структуры. Для ученых особенно важной стала возможность наблюдать за метаболитами без необходимости предварительной обработки образцов. Новый метод позволил ученым отслеживать изменения в растущих семенах, что раньше было недоступно.

Визуализация динамики метаболитов в живых растениях помогает установить связи между их структурой и метаболическими процессами в ответ на изменения окружающей среды. Метод CEST открывает новые перспективы для селекции растений и позволяет проводить исследования in vivo, мониторя динамические изменения в живых растениях.