Свободная ниша
На столе перед Михаилом Скапцовым в чашках Петри — фрагменты растений, которые он подготавливает для анализа на цитометре. Сами растения в пробирках для изучения передал Алтайский центр прикладной биотехнологии АлтГУ, где занимаются клонированием растений. При этом вузовский центр далеко не единственный, кто обращается за исследованиями в Южно-Сибирский ботанический сад.
«В рамках совместных работ передают материал со всей России — от Калининграда до Дальнего Востока, — рассказывает Михаил Скапцов. — Мы были одними из первых, кто целенаправленно занялся этим направлением в стране. Ранее данный метод применительно к растениям использовался нечасто. И даже сейчас не так много лабораторий, которые этим занимаются, при этом многие сотрудники либо обучались у нас, либо тоже заказывали здесь исследования, а потом приобрели своё оборудование».Цитометрия в широком смысле — это исследования характеристик клетки в потоке жидкости. Работа с клетками животных известна давно. Позже метод начал применяться к растениям, в основном за рубежом. В отечественной практике почему-то не получил распространения. Почему? Возможно, причина в том, что цитометрия растений основана не на работе со всей клеткой, а с её ядром, а выделить его не так просто.
Ниша оказалась свободной. И, как показало время, востребованной.
Сам барнаульский учёный окунулся в это направление 13 лет назад, во время работы над кандидатской диссертацией. Его работа была посвящена мутагенезу в культуре in vitro. Он изучал накопление мутаций в растениях, и один из способов анализа — прямое исследование хромосом.
«Под микроскопом можно за день изучить десяток препаратов. На цитометре можно выполнить сотню-две исследований, которое покажет, в каком конкретно растении произошла мутация. И потом уже под микроскопом можно детально посмотреть, что произошло», — говорит Скапцов.Когда в лаборатории появился первый цитометр, Михаил стал осваивать его. Потом появился уже более продвинутый аппарат исследовательского класса, учёный стал работать на нём. По мере накопления опыта и появления научных публикаций стали появляться и те, кому исследования барнаульского ученого оказались крайне необходимы.
Метод для больших открытий
Михаил Скапцов объясняет: цитометрия растений — это не про глобальные научные открытия. Но это метод, без помощи которого эти самые открытия не состоятся или отложатся.
«Метод один, но он облегчает рутинные задачи ученым и решает много вопросов, так как применим везде, где требуется оценить изменчивость ДНК внутри ядра растений. Он позволяет с высокой точностью измерять размер генома и определять уровень плоидности растений, то есть число одинаковых наборов хромосом клетки. Эти данные позволяют различать близкие виды, выявлять полиплоидные комплексы, изучать процессы гибридизации и видообразования в целом. Одним исследованием можно закрыть многие вопросы», — говорит учёный.Но иногда бывает и наоборот — во время исследования открывается то, что потом учёным ещё предстоит объяснить и доказать. Однажды исследовали вид, предполагая, что он диплоид, а оказался гексаплоид. Проще говоря, в клетке оказался не тот набор хромосом, который ожидали увидеть. Растение на каком-то этапе развития пережило гибридизацию и удвоение набора хромосом, и теперь уже надо выяснять, как это произошло.
Столетний лист
Для цитометрии растений используется живой материал — это в идеале. Но в России с учётом её огромной территории это сложно сделать. В ходе многонедельных экспедиций сложно сохранить образцы живыми. Так что барнаульские учёные уже научились правильно фиксировать их в химических фиксаторах или высушивать, чтобы дальнейшее исследование было корректным.
Однажды в лаборатории изучали гербарный образец почти столетней давности — собранный в Афганистане плаун из коллекции Ботанического сада Санкт-Петербурга.
Цитометрия позволяет сохранить образцы живыми. Для исследования под микроскопом пришлось бы отрезать часть корня, и если используется проросток, то растение с большой долей вероятности погибло бы. А для работы с цитометром необходим небольшой фрагмент ткани. Зато если данные окажутся уникальными, это растение можно будет размножить и исследовать в дальнейшем.
Часто работают в лаборатории и с коллекциями семян, анализируя, как долго сохраняется жизнеспособность клеток семени.
«Когда семена не проросли, клетки ещё могут быть жизнеспособны. Если мы говорим о каких-то исчезающих видах, исследование поможет найти подходящий материал и размножить», — поясняет Михаил Скапцов.Работа с животными клетками относительно проста. С растениями, из клеток которых надо выделить ядра, всё сложнее: много вторичных, зачастую специфических метаболитов, полисахаридов и других мешающих анализу соединений. И с каждым видом для разных стадий развития — свой алгоритм действий.
— А с некоторыми растениями вообще это нереально — например, с земляникой. Там содержатся вещества, которые не дают прокрасить ядра, — рассказывает Михаил Скапцов.
Своя школа
Когда число запросов на исследования в лаборатории Южно-Сибирского ботанического сада стало велико, здесь периодически проводят школу молодых учёных по цитометрии растений — своего рода серия обучающих лекций и практических занятий на три-четыре дня. За пять лет через неё прошло множество специалистов почти со всей России, представляющих и университеты, и институты РАН. И это не только ботаники, а представители разных направлений — генетики, физиологи, биохимики и так далее.
«Вопросов много — от подготовки материала для исследования, которая не всегда бывает простой, до интерпретации полученных данных. Чаще всего с ними сталкиваются те, кто только начал работать с цитометрией растений, хотя и у тех, кто не новичок, бывают сложности. Мы разбираем пробоподготовку в каждом конкретном случае, типичные ошибки. При этом я остаюсь на связи для коллег и вне рамок нашей школы», — подытоживает Михаил Скапцов.
