RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ar
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Stromules ، أو "الأنابيب المملوءة بالسدى" ، هي امتدادات أنبوبية ضيقة من سطح البلاستيدات الخضراء يتم ملاحظتها عالميا في الخلايا النباتية ولكن وظائفها تظل غامضة. إلى جانب الاهتمام المتزايد بدور البلاستيدات الخضراء في تنسيق استجابات النبات للإجهاد ، زاد الاهتمام باللحوم وعلاقتها بديناميكيات إشارات البلاستيدات الخضراء في السنوات الأخيرة ، مدعوما بالتقدم في المجهر الفلوري والبروتين الفلوروفوري الذي يسمح بالتصور السريع والدقيق لديناميكيات الستروم. هنا ، نقدم بروتوكولات مفصلة لفحص تردد اللحمة في البلاستيدات الخضراء للبشرة في Nicotiana benthamiana ، وهو نظام نموذجي ممتاز للتحقيق في بيولوجيا الستيروم الخضراء. نقدم أيضا طرقا لتصور البلاستيدات الخضراء في المختبر عن طريق استخراج البلاستيدات الخضراء من الأوراق. أخيرا ، نحدد استراتيجيات أخذ العينات والأساليب الإحصائية لتحليل الاختلافات في ترددات اللحمة استجابة للمنبهات ، مثل الإجهاد البيئي أو العلاجات الكيميائية أو إسكات الجينات. يمكن للباحثين استخدام هذه البروتوكولات كنقطة انطلاق لتطوير طرق جديدة للتجارب المبتكرة لاستكشاف كيف ولماذا تصنع البلاستيدات الخضراء اللحوم.
البلاستيدات الخضراء هي عضيات ديناميكية في الخلايا النباتية المسؤولة عن عملية التمثيل الضوئي ومجموعة من عمليات التمثيل الغذائي الأخرى. تمارس مسارات الإشارات من البلاستيدات الخضراء أيضا تأثيرا كبيرا على فسيولوجيا النبات وتطوره ، وتنسيق استجابات النبات للإجهاد البيئي ومسببات الأمراض وحتى شكلالأوراق 1-6. في الآونة الأخيرة ، اكتسب علماء الأحياء اهتماما بجانب غير مفهوم جيدا من بنية البلاستيدات الخضراء: اللحمات ، وهي أنابيب رقيقة جدا مملوءة بالسدى تمتد من سطح البلاستيدات الخضراء7.
تظل الوظائف البيولوجية للسدومات غير معروفة ، على الرغم من أنه من المعروف أن تردد اللحمة يختلف استجابة للمنبهات البيئية7-9 ، وقد تكون اللحمات قادرة على نقل جزيئات الإشارات بين العضيات6. جميع أنواع البلاستيدات (ليس فقط البلاستيدات الخضراء الضوئية ، ولكن أيضا البلاستيدات الخضراء الشفافة ، والأميلوبلاست المملوءة بالنشا ، والبلاستيدات المصطبغة ، على سبيل المثال لا الحصر من البلاستيدات) تصنع اللحمات ، وتوجد اللحمات في جميع أنواع النباتات البرية التي تم فحصها حتى الآن. يمكن أن تمتد اللحمات وتتراجع ديناميكيا ، وتظهر أو تختفي في غضون ثوان ، أو يمكن أن تظل ثابتة نسبيا لفترات طويلة. تتمثل إحدى العقبات الرئيسية التي تواجه علماء الأحياء اللحمية في أن اللحمات غالبا ما تتم دراستها باستخدام طرق وأنسجة وأنواع مختلفة بشكل كبير ، مما يجعل المقارنات عبر أدبيات بيولوجيا اللحمة صعبة. من الآن فصاعدا ، ستكون الممارسات القياسية والأوصاف الشاملة للأنظمة التجريبية المستخدمة لدراسة الستروم الخضراء، حاسمة لاكتشاف وظيفة هذه السمات المنتشرة في كل مكان لمورفولوجيا البلاستيدات الخضراء.
هنا نصف طرق تصور تكوين اللحمة في البلاستيدات الخضراء للبشرة لأوراق Nicotiana benthamiana. في الميزوفيل ، يتم تعبئة البلاستيدات الخضراء بكثافة في خلايا كبيرة ثلاثية الأبعاد ، مما يجعل من الصعب تصور اللحمات بدقة وسرعة عن طريق الفحص المجهري متحد البؤر. على النقيض من ذلك ، تكون خلايا البشرة مسطحة نسبيا ، وتحتوي على عدد أقل من البلاستيدات الخضراء ، وتوجد على سطح الورقة ، مما يسمح بتصور سهل وسريع للسترومول. N. benthamiana هو نظام نموذجي مثالي لهذه التجارب لأنه ، على عكس العديد من الأنواع النباتية ، فإن جميع الخلايا الموجودة في بشرة N. benthamiana تصنع البلاستيدات الخضراء10. في بشرة معظم النباتات ، بما في ذلك نبات الأرابيدوبسيس ثاليانا ، تحتوي خلايا واقية الفم فقط على بلاستيدات خضراء ، بينما تحتوي خلايا البشرة الأخرى على "بلاستيدات بيضاء" ، وبلاستيدات شفافة وغير متبلورة نسبيا وغير ضوئية9،11،12. وبالتالي ، في حين أن مجال رؤية واحد ل A. thaliana البشرة قد يظهر فقط حفنة من البلاستيدات الخضراء في زوج من الخلايا الحارسة ، فإن مجال رؤية N. benthamiana البشرة سيشمل العشرات أو حتى المئات من البلاستيدات الخضراء. ومع ذلك ، يمكن تعديل جميع الطرق الموضحة هنا للتحقيق في أسئلة أخرى في بيولوجيا stromule. على سبيل المثال ، استخدمنا نفس النهج لدراسة اللحوم leucoplast من A. thaliana9.
ملاحظة: للحصول على هذا البروتوكول، ونحن ركزت على معايرة التردد stromule في البشرة من N. يترك benthamiana. وقد تم إنشاء العديد من خطوط المعدلة وراثيا مستقرة والتي يمكن استخدامها لهذا الغرض، بما في ذلك 35S المحترفين: FNRtp: EGFP 13 و NRIP1: فندق Cerulean 6. كل من هذه الخطوط تظهر التعبير القوي من fluorophores في سدى بلاستيدات الخضراء من الأوراق نمت في ظل مجموعة واسعة من الظروف. بدلا من ذلك، fluorophores المستهدفة بلاستيدات الخضراء ويمكن التعبير عن عابر في N. benthamiana باستخدام الأجرعية التحولات 13. وهذا هو أقل مثالية من خطوط المعدلة وراثيا، منذ تسلل الأجرعية تحفز بعض الردود الدفاع القاعدية في N. benthamiana والتفاعل مع الأجرعية يمكن أن يغير تردد stromule في ورقة 14، ويحتمل أن تعقيد تفسير النتائج. وأخيرا، لتصور تشكيل stromule في المختبر،يمكن استخراجها البلاستيدات الخضراء من أي من الأنواع النباتية، وذلك باستخدام إما fluorophores المرمزة وراثيا أو صبغة الفلورسنت، كما هو موضح في المادة 5 أدناه. 9،15
ملاحظة: طرق تفصيلية لزراعة النباتات وقد وصفت سابقا 16 لفترة وجيزة، وتنمو N. النباتات benthamiana في 4 "قدور مليئة أي مزيج التربة المهنية التي توفر الصرف الجيد. تغطية الشتلات مع قبة من البلاستيك واضحة ل14/10 الأيام الأولى لتوفير بيئة رطبة للإنبات. إضافة أي مزيج الأسمدة القياسية التالية تعليمات الشركة الصانعة إلى 14- النباتات يوما من العمر. نباتات تنمو في ظل الضوء الأبيض، وذلك باستخدام ~ 100 مكرومول الفوتونات م -2 ثانية -1 شدة الضوء. محطات المياه بشكل منتظم.
1. إعداد العينات ورقة عن التصور
تتأثر ديناميات Stromule التي كتبها جرح 8، لذلك ينبغي إجراء إعداد الأنسجة مباشرة قبل تصور stromule ملاحظة:الصورة بواسطة المجهر مضان متحد البؤر. من الناحية المثالية، ينبغي تصور عينة مع 15 دقيقة بعد إزالة من المصنع.
2. تصور Stromules مع متحد البؤر مضان المجهر
تجهيز 3. صورة
4. تصميم التجارب وأخذ العينات
ملاحظة: Stromule تردد متغير بدرجة كبيرة بين الأوراق، ولكن تشير العديد من التقارير أن هناك اختلاف بسيط في وتيرة stromule ضمن indiviالمزدوج ورقة 9،17.
5. استخراج البلاستيدات الخضراء سليمة لتصور Stromule حيوية
ملاحظة: عدة طرقوقد استخدمت لعزل البلاستيدات الخضراء من الأوراق، بما في ذلك بروتوكول مختلف قليلا في دراسة حديثة حول تشكيل stromule في المختبر 15. بروتوكول المفصلة أدناه يستخدم طريقة بسيطة نسبيا والتي لا تسفر عينات بلاستيدات الخضراء النقية كيميائيا، ولكنه بدلا من ذلك عزل كمية كبيرة من سليمة، البلاستيدات الخضراء صحية 9،18.
وقد استخدم هذا البروتوكول لتصور تردد stromule في النهار والليل في النبتات من N. الشباب الشتلات benthamiana. تم دمج شرائح من كومة Z- في صورة واحدة (الشكل 1A). لأغراض البصرية، كانت تلك الصورة ثم غير المشبعة ومقلوب بحيث يظهر سدى الأسود (الشكل 1B). وصفت البلاستيدات الخضراء إما عدم وجود stromules (النجمة الخضراء) أو وجود stromule واحد على الأقل (أرجواني النجمة). من البلاستيدات الخضراء البشرة 87 تصور، 33 ديهم stromules. وهكذا، فإن تردد stromule في هذه الورقة هو 37.9٪.
باستخدام هذا التحليل، وتكرر البروتوكول لمدة 21 محطات أخرى (ورقة واحدة للنبات) خلال النهار، وما مجموعه 24 محطات في الليل. في هذا اليوم، كان متوسط تردد stromule 20.8 ± 1.8٪، في الليل، كان متوسط تردد stromule 12.8 ± 0.9٪ (الشكل2). وكان تردد Stromule أعلى بكثير خلال النهار، على النحو الذي يحدده اختبار ر ولش (ن ≥ 22، ص <0.0005). لاحظ أنه على الرغم من أن أكثر من 23،000 البلاستيدات الخضراء وعدة مئات من الخلايا لوحظت، وحجم العينة، ن، وكما ذكرت 22، فحص عدد من محطات مستقلة.
باستخدام بروتوكول الموصوفة هنا، وقد لوحظت stromules بلاستيدات الخضراء في المختبر بعد عزلة من أوراق N. benthamiana معربا عن استهداف صانعة GFP (الشكل 3A)، أو بعد استخدام CFDA وصمة عار البلاستيدات الخضراء المعزولة من N. benthamiana (الشكل 3B) أو Spinacia OLERACEA (الشكل 3C).

الشكل 1. تحديد مقدار التردد stromule في N. benthأوراق amiana. (A) A Z -stack من حقل جزئي نظر البشرة من N. تم دمج benthamiana معربا عن انسجة GFP لإظهار كل البلاستيدات الخضراء البشرة وstromules في صورة واحدة. (ب) تم تحويل هذه الصورة إلى الأبيض والأسود ومقلوب لأغراض البصرية. يشار إلى البلاستيدات الخضراء مع stromules من قبل النجمة أرجواني. يشار إلى البلاستيدات الخضراء دون stromules من قبل النجمة الخضراء. تمثل الحانات نطاق 10 ميكرون. تعديل من Brunkard وآخرون. 9 الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2. مقارنة تردد stromule عبر الظروف. وقد استخدم هذا البروتوكول لتحديد شارعتردد omule في 22 مصنعا في اليوم و 24 محطات في الليل. وكان تردد Stromule أعلى بكثير خلال النهار من الليل (اختبار ر ولش، ن ≥ 22، ص <0.0005). أشرطة الخطأ تشير إلى الخطأ المعياري. تعديل من Brunkard وآخرون. 9 الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3. تصور stromules بعد استخراج البلاستيدات الخضراء سليمة من الأوراق. (A) البلاستيدات الخضراء من N. المعدلة وراثيا benthamiana يترك GFP أعرب (الأخضر) التي تستهدف تم عزل باستخدام البروتوكولات المذكورة هنا بلاستيدات الخضراء. تم عزل (ب) البلاستيدات الخضراء من النوع البري N. benthamiana أوراق وملطخة CFDA، التي فلووresces فقط داخل سليمة، البلاستيدات الخضراء قابلة للحياة (كما هو موضح باللون الأصفر). (C) البلاستيدات الخضراء ويمكن أيضا أن تكون معزولة من الأنواع النباتية الأخرى، مثل السبانخ (س. OLERACEA)، ومن ثم ملطخة CFDA (الصفراء). ويرد الكلوروفيل تألق ذاتي باللون الأحمر. تعديل من Brunkard وآخرون. 9
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
J.O.B. و A.M.R. تم دعمهما من خلال زمالات ما قبل الدكتوراه من المؤسسة الوطنية للعلوم.
| هيبس | سيجما ألدريتش | H3375 | |
| هيدروكسيد الصوديوم | فيشر Scientific | S320-1 | |
| سوربيتول | سيجما ألدريتش | S1876 | |
| EDTA | فيشر التكنولوجيا الحيوية | BP121 | |
| MnCl2< / sub> | سيجما ألدريتش | 221279 | |
| MgCl2< / sub> | سيجما ألدريتش | M0250 | |
| KCl | Sigma-Aldrich | P3911 | |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S9625 | |
| مجهر متحد البؤر بالمسح الضوئي بالليزر   ؛ | Carl Zeiss Inc | نموذج: LSM710 | |
| ثنائي أسيتات الكربوكسي فلورسين (CFDA) | سيجما ألدريتش | 21879   ؛ | |
| ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) EMD | MX1458-6 | ||
| خلاط Waring | Waring   ؛ | الموديل: 31BL92 | |
| فيجي | fiji.sc | برنامج مفتوح المصدر لتحليل الصور البيولوجية |