ويرد على أساس أسلوب رامان المجهري متحد البؤر التي تتيح تسمية خالية من التصور اللجنين في جدران الخلايا النباتية ومقارنة lignification في الأنسجة المختلفة ، وعينات أو الأنواع.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
التسمية خالية في الموقع تصوير Lignification في جدران الخلايا النباتية
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
يمثل تلبية الطلب المتزايد على الطاقة بشكل آمن وفعال تحدياً عالمياً ملحاً. ولذلك، أصبح البحث في إنتاج الوقود الحيوي الذي يسعى لإيجاد حلول مستدامة وفعالة من حيث التكلفة مهمة محورية وحيوية. ومن المتوقع أن تصبح الكتلة الحيوية اللجنوكليلوزية المصدر الرئيسي للكتلة الحيوية المخصصة للتحويل إلى وقود حيوي سائل1-6. ومع ذلك، فإن مقاومة مواد جدار الخلية النباتية هذه للتحلل الفعال واقتصادي التكلفة تشكل عائقاً رئيسياً أمام استخدامها في إنتاج الوقود الحيوي والمواد الكيميائية4. وبشكل خاص، يمثل اللجنين، وهو بوليمر غير متجانس ومعقد من متعدد الفينيل بروبانويد، مشكلة في عملية تفكيك الكتلة الحيوية اللجنوكليلوزية بعد الحصاد. فعلى سبيل المثال، في تحويل الكتلة الحيوية إلى وقود حيوي، يثبط اللجنين عملية التسكير في العمليات التي تهدف إلى إنتاج سكريات بسيطة للتخمير7. إن الاستخدام الفعال للكتلة الحيوية النباتية للأغراض الصناعية يعتمد في الواقع بشكل كبير على مدى تغلظ جدار الخلية النباتية باللجنين. وتعد إزالة اللجنين عاملاً مكلفاً ومقيداً8، ولهذا أصبح اللجنين هدفاً رئيسياً في تربية النباتات والهندسة الوراثية من أجل تحسين تحويل جدار الخلية.
تزداد أهمية الأدوات التحليلية التي تسمح بالتوصيف الدقيق والسريع لعملية التخشب في جدران الخلايا النباتية لتقييم عدد كبير من المجموعات التربوية. ومن الحتمي أن تكون إجراءات الاستخلاص لعزل المكونات الأصلية، مثل اللجنين، مدمرة، مما يؤدي إلى تعديلات كيميائية وهيكلية كبيرة9-11. لذا، تعد الطرق الكيميائية التحليلية في الموقع in situ أدوات لا تقدر بثمن للتوصيف التركيبي والهيكلي للمواد اللجنوسليلوزية. مجهر رامان هو تقنية تعتمد على تشتت رامان غير المرن للضوء أحادي اللون، مثل الضوء المنبعث من الليزر، حيث يرتبط الإزاحة في طاقة فوتونات الليزر بالاهتزازات الجزيئية ويوفر "بصمة" جزيئية ذاتية للعينة دون الحاجة إلى وسم. ويمكن لمجهر رامان أن يوفر قياسات غير مدمرة وغير مكلفة نسبياً مع حد أدنى من تحضير العينات، مما يعطي رؤى حول التركيب الكيميائي والبنية الجزيئية في حالة قريبة من الحالة الأصلية. وقد استُخدم التصوير الكيميائي بواسطة مجهر رامان البؤري سابقاً لتصور التوزيع المكاني للسليلوز واللجنين في جدران خلايا الخشب12-14. وبناءً على هذه النتائج السابقة، اعتمدنا مؤخراً هذه الطريقة لمقارنة التخشب في النوع البري والنباتات المعدلة وراثياً ناقصة اللجنين من نوع Populus trichocarpa (الحور الأسود) في خشب الساق15. ومن خلال تحليل حزم رامان الخاصة باللجنين16,17 في المنطقة الطيفية بين 1,600 و 1,700 cm-1، تم رسم خريطة لشدة إشارة اللجنين وتحديد موقعها in situ. وقد أظهر نهجنا اختلافات في محتوى اللجنين، وموقعه، وتركيبه الكيميائي. ومؤخراً، استعرضنا تصويراً رامانياً لبوليمرات جدار الخلية في Arabidopsis thaliana بدقة جانبية تقل عن μm18. تُقدم هذه الطريقة هنا لتوفير تصور للجنين في جدران الخلايا النباتية ومقارنة التخشب في أنسجة أو عينات أو أنواع مختلفة دون الحاجة إلى صبغ الأنسجة أو وسمها.
البروتوكول
1. تحضير العينة
- جبل العينة النباتية المائية ، مثل الخشب أو جذع شجرة الحور Arabidopsis thaliana الجذعية ، في مشراح.
- خفض الشرائح الرقيقة (عادة 20 ميكرون سميكة) من النسيج الأصلي.
- نقل قسم النبات على شريحة ميكروسكوب زجاجية.
- نقع قسم النبات في D 2 O ، وتغطي مع كوب زلة تغطية ، وهي مختومة على الشريحة مجهر لمنع تبخر D 2 O. قسم النبات هو الآن جاهز للتصوير أو يمكن تخزينها ....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
هي مواد Lignocellulosic الهرمي وغير متجانسة فيما يتعلق بكل من هيكلها وتكوينها. لتوصيف الأدوات التحليلية المتعمقة التي الحساسية الكيميائية ، القرار المكانية ، والتي تعطي نظرة ثاقبة هذه المواد في سياق الأم ومرغوب فيه. وصف الأسلوب يتيح للتصور اللجنين ومقارنة lignification من الكتلة الحيوية النباتية lignocellulosic مع القرار المكانية التي هي دون تلوين أو ميكرومتر دون وضع العلامات من العينات في حالة قريبة من الأصلي. فهي تتطلب الحد الأدنى من إعداد العينات والقياسات غير المتلفة وغير مكلف.......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
الإعلان عن أي تضارب في المصالح.
شكر وتقدير
نشكر اندرو كارول ، Chaibang برايت ، Purbasha ساركار (الطاقة الحيوية للعلوم معهد بيركلي) ، بهرام بارفين (مختبر لورانس بيركلي الوطني) وتشيانغ فنسنت لام (ولاية كارولينا الشمالية جامعة) للتعاون المثمر ومناقشات مفيدة. وأيد هذا العمل من قبل معهد العلوم البيولوجية الطاقة. وأيد العمل في مسبك الجزيئية من مكتب العلوم ومكتب للعلوم الأساسية للطاقة ، وزارة الطاقة في الولايات المتحدة بموجب العقد رقم DE - AC02 - 05CH1123.
....الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| شرائح مجهرية | |||
| غطاءات شرائح | |||
| D2O | |||
| طلاء أظافر | |||
| زيت غمر | |||
| ملاقط | |||
| فرشاة مدببة | |||
| ميكروتوم | |||
| مجهر رامان متحد البؤر |
المراجع
- Herrera, S. Bonkers about biofuels. Nat Biotechnol. 24, 755-760 (2006).
- Himmel, M. E. Biomass recalcitrance: Engineering plants and enzymes for biofuels production. Science. 315, 804-807 (2007).
- Pauly, M., Keegstra, K.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
