مقالة منهجية

LeafJ: البرنامج المساعد ليماغيج نصف الآلي ورقة قياس الشكل

DOI:

10.3791/50028

⸱

يناير 21, 2013

 ,  ,  , 
1Department of Plant Biology, University of California Davis

* These authors contributed equally

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

مظاهرة للطرق الرئيسية لارتفاع قياسات أوراق الإنتاجية. ويمكن استخدام هذه الأساليب لتسريع phenotyping أوراق النبات عند دراسة العديد من المسوخ أو النباتات فحص أوراق النمط الظاهري خلاف ذلك.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

عالية الإنتاجية phenotyping (phenomics) هو أداة قوية لربط الجينات لوظائفها (انظر 1 مشاركة الأمثلة الحديثة و2-4). يترك هي الجهاز الضوئي الأولية، وحجمها وشكلها تختلف تنمويا وبيئيا داخل المصنع. لهذه الأسباب دراسات مورفولوجية على ورقة تتطلب قياس معلمات متعددة من أوراق عديدة، والتي تتم من قبل أفضل شبه الآلي أدوات phenomics 5،6. الظل هو المظلة جديلة البيئية المهمة التي تؤثر على بنية النبات وتاريخ حياة؛ والتي تسمى مجتمعة مجموعة من الردود على تجنب متلازمة الظل (SAS) 7. بين استجابات SAS، الظل الناجمة استطالة سويقات ورقة والتغيرات في المنطقة هي شفرة مفيدة بشكل خاص حيث مؤشرات 8. حتى الآن، يمكن لبرامج الشكل ورقة (مثل SHAPE 9، الصفيحة 10، LeafAnalyzer 11، LEAFPROCESSOR 12) قياس الخطوط العريضة الأوراق وتصنيف الأشكال ورقةولكن لا يمكن إخراج طول سويقات. عدم وجود أنظمة قياس على نطاق واسع من أعناق الأوراق وتحول دون النهج phenomics للبحث SAS. في هذه الورقة، ونحن وصف البرنامج المساعد يماغيج وضعت حديثا، ودعا LeafJ، والتي يمكن قياس طول سويقات بسرعة والمعلمات رقة شفرة للل arabidopsis thaliana نموذج المصنع. لأوراق المطلوبة العرضية التي التصحيح اليدوي للحدود شفرة سويقات / نبات كنا قرص تعمل باللمس. علاوة على ذلك، شكل الخلية ورقة أرقام خلية ورقة من المحددات الهامة لحجم ورقة 13. منفصلة عن LeafJ نقدم أيضا على بروتوكول لاستخدام لوحة تعمل باللمس لقياس شكل الخلية والمساحة والحجم. لا يقتصر لدينا نظام قياس سمة ورقة لتجنب الظل والبحوث من شأنها أن تعجل من المسوخ phenotyping أوراق العديد من النباتات والفحص من قبل phenotyping ورقة.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. مصنع مواد

لاحظ أن هذا البروتوكول يهدف للكشف عن نمو النبات استجابة تجنب الظل. هل يمكن أن تنمو النباتات تحت ظروف المفضلة لديك.

  1. رش بذور thaliana ل arabidopsis على المياه غارقة أوراق الترشيح في 9 أطباق بتري الطول ومتجر (تطبق) منهم في 4 درجات مئوية لمدة أربعة أيام في الظلام.
  2. نقل هذه أطباق بتري لظروف محاكاة أحد: 80-100 الإشعاع الضوئي μE بالموقع (PAR) والملحق الحمراء بعيدة لجلب R: FR نسبة إلى 1.86. استخدام الشروط يوم طويل (16 ساعة ضوء / 8 الظلام ساعة) ودرجة حرارة ثابتة من 22 ° C. احتضان في هذه الحالة لمدة ثلاثة أيام للسماح للبذور أن تنبت.
  3. نقل البذور نبتت في التربة والحفاظ على النباتات تحت ظروف أحد على نطاق واسع التجارب، ونحن نوصي به إعداد صغيرة لوصفها كل النباتات باستخدام دمج البيانات في Microsoft Word مدير 2004 (أو أحدث) لجعل التسميات.
  4. بعد أحد عشر يوما TRansfer إلى التربة، نقل نصف النباتات لحالة الظل: نفس الشمس ولكن مع الضوء الأحمر بعيدة تكميلية لتحقيق نسبة R / FR الى 0.52.
  5. بعد اثني عشر يوما إضافية، والنباتات هي على استعداد للتصوير ورقة. في هذه المرحلة قد نضجت تماما وأقدم أوراق في حين يترك الأصغر مازالت تتوسع، بحيث يمكنك التقاط لقطة من التنمية. قد تحتاج إلى اختيار وقت آخر التنموية اعتمادا على احتياجاتك.

2. التقاط الصور ليف مشرح

  1. إعداد ورقة الشفافية المسمى مع النمط الوراثي النباتي وحالة النمو مع خمسة إطارات مستطيلة. إطار واحد يتوافق مع الأوراق من مصنع واحد. يمكن استخدام Microsoft Excel لطباعة الشبكة بما يتفق مع التسميات.
  2. تشريح أوراق النباتات القديمة 26 يوم.
  3. مسح يترك في 600 نقطة في البوصة على الماسح الضوئي سرير مسطح. يجب وضع ملاحظة أن يترك من مصنع واحد عموديا ضمن إطار أسود في شطيرة من أوراق شفافة. تجنب لمس الأوراقإلى إطار نافذة سوداء والأوراق المتداخلة، والتي سوف تعطي أخطاء في الإجراءات التالية.

3. ورقة تحليل الصور بواسطة LeafJ

  1. تحميل يماغيج سحب الملف إلى مجلد LeafJ.jar الإضافات من يماغيج.
  2. فتح ملف صورة في 1.45s يماغيج أو 14 في وقت لاحق.
  3. تقسيم الصورة إلى ثلاث قنوات اللون (الأحمر والأخضر والأزرق) من قبل "صورة> لون القنوات سبليت>" وتطبيق الحد الأدنى للصورة في القناة الزرقاء.
  4. تحديد كافة الأوراق من مصنع واحد بواسطة أداة المستطيل (الشكل 1A).
  5. حدد "LeafJ" من القائمة المساعد.
  6. حدد المعلومات الشرح لهذا النبات من مربع الحوار الذي يظهر. يمكنكتحرير القيم الافتراضية التي تظهر هنا بالنقر على "تحرير هذه الخيارات".
  7. بعد تشغيل البرنامج المساعد وLeafJ قبل النقر فوق زر "موافق"، وتحرير خطوط تتبع من المنطقة من نافذة مدير مصلحة (ROI) (إذا لزم الأمر؛ 1B الشكل). A اللوحي التي تعمل باللمس (مثل آي باد) هو مفيد لهذا الإجراء. يمكن توصيل لاب توب بكمبيوتر وشاشة خارجية باستخدام البرمجيات الهواء العرض.
  8. تصدير نتائج القياس والمعلومات المرتبطة بها (أسماء الملفات، والوقت المزهرة، تشريح من قبل، قياس، الخ) إلى Microsoft Excel أو برنامج ما يعادلها.

4. تحليل صورة ورقة خلية في يماغيج

  1. إصلاح تشريح يترك كما هو موضح في مرجع 15 بعد المسح (الخطوة 2). يمكن أن تظل ثابتة في أوراق FAA C ° 4 ل6 أشهر على الأقل.
  2. مسح أوراق من خلال تغيير FAA مثبت على حل هيدرات الكلورال ويترك لاحتضان 1 ساعة 2 ~ المراقبة المجهرية قبل 15.
  3. جبل يترك على ميلcroscope الشرائح مع trichomes مواجهة. باستخدام التكبير 40X على مجمع المجهر طبقة الصورة، ونسيج الورقة المتوسط ​​من وسط كل ورقة على جانبي الوريد الرئيسي، وتجنب الخلايا قرب trichomes أو الأوردة.
  4. تتبع خلية ورقة تحدد بواسطة أداة يماغيج مدير ROI مع المعونة من قرص تعمل باللمس وقلم (كما هو موضح في الخطوة 3). خلية تحليل الصور يستخدم ميزات المدمج في ليماغيج ولكن لا يتطلب LeafJ.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. صور ورقة عرض تقديرات سويقات ورقة شفرة الحدود، ونافذة قياسها

واحدة من السمات الأكثر فائدة من الكشف الآلي هو LeafJ من الحدود شفرة / سويقات ورقة (الشكل 1). الخوارزمية LeafJ يعمل على النحو التالي: يتم استخدام المدمج في وظائف ParticleAnalyzer يماغيج لإيجاد وتحديد اتجاه الأوراق داخل اختيار المستخدم. لكل ورقة يتم تحديد عرض ورقة على طول محور ورقة بأكمله. ثم يتم تحديد التغيير في العرض في كل موقف على طول ا...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

لدينا "LeafJ" البرنامج المساعد تمكن من قياس طول سويقات شبه تلقائيا، وزيادة الإنتاجية ما يقرب من 6 مرات خلال قياس دليل. طول سويقات هو مؤشر هام من SAS وأيضا معلما من ظواهر أخرى، مثل مقاومة الإغراق والنمو hyponastic 17. ولذلك قد يكون من المفيد هذا البرنامج المساعد لمجموعة واسعة من الباحثين النبات.

ويتم تنفيذ البرنامج المساعد لدينا في برنامج جافا على أساس راسخ مجانا، يماغيج. وهذا يتيح سهولة عبر م...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

كتب بواسطة LeafJ JNM بينما كان في اجازة في مختبر الدكتور كاثرين بولارد في المعاهد جلادستون.

وأيد هذا العمل من خلال منحة من مؤسسة العلوم الوطنية (عدد المنح IOS-0923752).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
اسم كاشف شركة كتالوج رقم
الصمام بعيدة الضوء الأحمر Orbitec والعرف
شفافية IKON HSCA / 5
الماسح الضوئي EPSON إبسون الكمال V700 PHOTO
الصورة J NIH http://rsbweb.nih.gov/ij/
LeafJ عرف http://www.openwetware.org/wiki/Maloof_Lab
عرض الجوية Avatron برمجيات شركة على بياض "> http://avatron.com/
IPAD2 شركة أبل http://www.apple.com/

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Furbank, R. T., Tester, M. Phenomics--technologies to relieve the phenotyping bottleneck. Trends Plant Sci. 16, 635-644 (2011).
  2. Berger, B., Parent, B., Tester, M. High-throughput shoot imaging to study drought responses. J. Exp. Bot. 61, 3519-3528 (2010).
  3. Borevitz, J. O. Natural genetic variation for growth and development revealed by high-throughput phenotyping in Arabidopsis thaliana. G3 (Bethesda). 2, 29-34 (2012).
  4. Albrecht, D. R., Bargmann, C. I. High-content behavioral analysis of Caenorhabditis elegans in precise spatiotemporal chemical environments. Nat. Methods. 8, 599-605 (2011).
  5. Chitwood, D. H., et al. Native environment modulates leaf size and response to simulated foliar shade across wild tomato species. PLoS ONE. 7, e29570(2012).
  6. Chitwood, D. H., et al. The developmental trajectory of leaflet morphology in wild tomato species. Plant Physiol. 158, 1230-1240 (2012).
  7. Casal, J. J. Shade Avoidance. The Arabidopsis Book. , e0157(2012).
  8. Smith, H. Photomorphogenesis in Plants. Kendrick, R. E., Kronenberg, G. H. M. , Kluwer Academic Publishers. 377-416 (1994).
  9. Iwata, H., Ukai, Y. SHAPE: a computer program package for quantitative evaluation of biological shapes based on elliptic Fourier descriptors. J. Hered. 93, 384-385 (2002).
  10. Bylesjo, M., et al. LAMINA: a tool for rapid quantification of leaf size and shape parameters. BMC Plant Biol. 8, 82(2008).
  11. Weight, C., Parnham, D., Waites, R. LeafAnalyser: a computational method for rapid and large-scale analyses of leaf shape variation. Plant J. 53, 578-586 (2008).
  12. Backhaus, A., et al. LEAFPROCESSOR: a new leaf phenotyping tool using contour bending energy and shape cluster analysis. New Phytol. 187, 251-261 (2010).
  13. Tsukaya, H. Mechanisms of Leaf-shape determination. Annual Review of Plant Biology. 57, 477-496 (2006).
  14. Abramoff, M. D., Magalhaes, P. J., Ram, S. J. Image Processing with ImageJ. Biophotonics International. 11, 36-42 (2004).
  15. Horiguchi, G., Fujikura, U., Ferjani, A., Ishikawa, N., Tsukaya, H. Large-scale histological analysis of leaf mutants using two simple leaf observation methods: identification of novel genetic pathways governing the size and shape of leaves. Plant. J. 48, 638-644 (2006).
  16. Horiguchi, G., Ferjani, A., Fujikura, U., Tsukaya, H. Coordination of cell proliferation and cell expansion in the control of leaf size in Arabidopsis thaliana. J. Plant. Res. 119, 37-42 (2006).
  17. Pierik, R., de Wit, M., Voesenek, L. A. C. J. Growth-mediated stress escape: convergence of signal transduction pathways activated upon exposure to two different environmental stresses. New. Phytol. 189, 122-134 (2011).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

LeafJ

مقالات ذات صلة