يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

[كنفوكل] تصوير مباشر من تبادل لإطلاق النار قمية الخلايا الإنشائية من الأنواع النباتية المختلفة

12.7K مشاهدة

DOI:

10.3791/59369

مارس 29, 2019

في هذه المقالة

ملخص

ويقدم هذا البروتوكول كيفية العيش الصورة وتحليل الخلايا الإنشائية قمية تبادل لإطلاق النار من الأنواع النباتية المختلفة باستخدام الليزر الفحص المجهري [كنفوكل].

الملخص

وظائف قمية أرض (SAM) تبادل لإطلاق النار كخزان خلايا الجذعية مصانة وأنه يولد تقريبا جميع الأنسجة سطحي أثناء تطوير السماني. بنشاط ومورفولوجية سامز تحديد السمات الزراعية الهامة، مثل الهندسة المعمارية تبادل لإطلاق النار، وحجم وعدد من الأعضاء التناسلية، والأهم من ذلك، إنتاج الحبوب. هنا، نحن نقدم بروتوكول مفصل لتحليل مورفولوجية السطحية والبنية الخلوية الداخلية معيشة سامز من الأنواع المختلفة من خلال الليزر المسح مجهر [كنفوكل]. الإجراء بأكمله من إعداد نموذج للحصول على صور عالية الدقة (3D) ثلاثي الأبعاد يمكن أن ينجز في غضون قصيرة بقدر 20 دقيقة. نثبت أن هذا البروتوكول ذات كفاءة عالية لدراسة ليس فقط نورات سامز الأنواع النموذجية ولكن أيضا الخلايا الإنشائية الخضري من المحاصيل المختلفة، وتوفير أداة بسيطة لكنها قوية لدراسة تنظيم وتطوير الخلايا الإنشائية عبر الأنواع النباتية المختلفة.

المقدمة

يحتوي على مجموعة خلايا الجذعية غير متمايزة أرض المصنع وتحافظ باستمرار بمصنّع الجهاز النمو والتنمية1. أثناء تطوير السماني، تستمد تقريبا جميع الأنسجة سطحي للنبات من أرض قمية تبادل لإطلاق النار (SAM). في المحاصيل، بالنشاط والحجم SAM وبه المشتقة من الخلايا الإنشائية الأزهار ترتبط محكم مع العديد من السمات الزراعية مثل الهندسة المعمارية في تبادل لإطلاق النار، وإنتاج الفاكهة، ومحصول البذور. على سبيل المثال، يسبب سام موسع في الطماطم، زيادة في تبادل لإطلاق النار والمتفرعة من نورات، وبالتالي النتائج في توليد إضافية الزهور والفواكه الأجهزة2. في الذرة، وزيادة في حجم سام يؤدي إلى عدد أكبر من البذور والعائد الإجمالي3،4. وفي فول الصويا، عدم أرض يرتبط أيضا ارتباطاً وثيقا ببنية تبادل لإطلاق النار، وتسفر عن5.

ويمكن وصف مورفولوجيا وتشريح سامز قبل عدة أساليب مختلفة، بما في ذلك تقطيع تلطيخ نسيجية والمسح الضوئي المجهر الإلكتروني (SEM)6، اللتين تقدمت إلى حد كبير أرض للبحث من خلال توفير أما عرض الأقسام أو طريقة عرض سطح ثلاثي الأبعاد (3D) من سامز. ولكن كلا الأسلوبين وقتاً طويلاً، التي تنطوي على عدة خطوات تجريبية من إعداد نموذج للحصول على البيانات، وهذه الأساليب تعتمد أساسا على عينات ثابتة. التقدم الذي أحرز مؤخرا في الفحص المجهري [كنفوكل] تقنية الليزر التغلب على هذه القيود وتزودنا بأداة قوية للتحقيق في البنية الخلوية والعملية التنموية لمصنع الأنسجة والأعضاء7،8. من خلال الضوئية بدلاً من الأنسجة الجسدية مجهرية [كنفوكل]، وتقطيع يتيح جمع سلسلة من الصور z-مكدس وإعادة 3D اللاحقة في العينة من خلال برمجيات تحليل الصورة.

هنا، يمكننا وصف إجراء فعال للتحقيق داخل ومصنع هياكل السطحية للمعيشة سامز من مختلف الأنواع باستخدام الليزر الفحص المجهري [كنفوكل]، الذي يحتمل أن يسمح للباحثين لإنجاز جميع التجريبية العملية داخل قصيرة بقدر 20 دقيقة. يختلف عن الأساليب الأخرى المنشورة لتصوير [كنفوكل] حية من نبات نورات سامز9،،من1011،،من1213،14، 15 و نبات الزهور13من12،، وهنا نثبت أن هذا البروتوكول ذات كفاءة عالية لدراسة ليس فقط في الخلايا الإنشائية نورات من الأنواع النموذجية ولكن أيضا تبادل لإطلاق النار الخضري قمية الخلايا الإنشائية من محاصيل مختلفة، مثل الطماطم، وفول الصويا. هذا الأسلوب لا يعتمد على علامات نيون المحورة وراثيا، ويحتمل أن يمكن تطبيقها على دراسة الخلايا الإنشائية تبادل لإطلاق النار من العديد من مختلف الأنواع والأصناف. وبالإضافة إلى ذلك، نقدم أيضا صورة بسيطة تجهيز الخطوات لعرض وتحليل سامز مختلفة في عرض ثلاثي الأبعاد. أخذت معا، سيسهل هذا الأسلوب بسيطة الباحثين فهم كل من الهيكل والعملية التنموية للخلايا الإنشائية من طراز الكائنات الحية والمحاصيل.

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

البروتوكول

1-وسائل الإعلام وتصوير إعداد أطباق

  1. لوحات MS: إضافة 0.5 x Murashige & MS سكوغ أجار 1% متوسطة، إلى المياه. وقم بضبط الأس الهيدروجيني إلى 5.8 باستخدام حل هيدروكسيد البوتاسيوم (اختياري: إضافة السكروز 1% لزراعة النباتات الطويلة الأجل). لوحات اﻷوتوكﻻف وصب.
  2. تصوير الأطباق: التعبئة البلاستيكية أطباق بتري (6 سم، وعمق 1.5 سم) إلى 0.5-0.8 سم مع 1.5% المنصهر [اغروس].

2. نمو النبات

  1. نمو نبات
    1. زرع بذور معقمة في لوحات MS ووضع لوحات تحت 4 درجة مئوية لمدة يومين. ثم نقل لوحات MS إلى يوم قصيرة (ح 8 الضوء/16 ح الظلام)، عند 22 درجة مئوية لمدة أسبوعين.
    2. زراعة الشتلات بالتربة وزراعتها في يوم قصيرة (ح 8 الضوء/16 ح الظلام) عند 22 درجة مئوية لمدة أربعة أسابيع.
    3. نقل النباتات إلى الضوء المستمر، عند 22 درجة مئوية للحث على الانتقال من الخضري إلى مرحلة الإنجاب والتصوير نورات سامز.
  2. نمو الطماطم وفول الصويا
    1. احتضان بذور مغطاة بورق الترشيح الرطب تحت 28 درجة مئوية حتى أنها تنبت.
    2. زراعة الشتلات بالتربة وزراعتها في يوم طويل (ح 16 الضوء/الظلام 8 ح) عند 25 درجة مئوية لمدة أسبوع أو أكثر للتصوير سامز الخضري.

3-تشريح ابيكس تبادل لإطلاق النار

  1. تشريح لذروة إطلاق النار نورات
    1. قطع ذروة نورات تبادل لإطلاق النار مع الجذع الرئيسي 1-2 سم من النباتات نبات انسحب مع شفرة حلاقة. عقد الجزء القاعدي من الساق الرئيسي وإزالة العديد من كبار السن من أجهزة زهرة ممكن من الجذع الرئيسي بتشريح خارجاً بيدونكليس مع الملقط المجوهرات.
      تحذير: تجنب قطع الأصابع عند استخدام شفرة حلاقة. التخلص من شفرات الحلاقة المستخدمة إلى حاوية الصحيح للأدوات الحادة.
    2. عقد الجذعية المرفقة من قمة تبادل لإطلاق النار مع الملقط المجوهرات أو الأصابع في ميدان ستيريوميكروسكوبي، مواصلة إزالة بقية الزهور حتى تقريبا يمكن عرض سام كله من العدسات. إزالة بيدونكليس من الواضح عند تقاطع الجذع الرئيسي.
  2. تشريح لذروة الخضري تبادل لإطلاق النار
    1. لعرض سامز الخضري من الطماطم أو فول الصويا، تشريح خارج كوتيليدونس، يترك، وجذور من النباتات.
    2. عقد هيبوكوتيلس النباتات تحت ستيريوميكروسكوبي وكذلك تشريح خارج primordia ليف تغطي سامز الخضري باستخدام الملقط المجوهرات.

4-التلوين

  1. لمباشرة تصور الخلايا في سامز، استخدم الحل (PI) يوديد propidium طازجة لوصمة عار جدران الخلية. حل مسحوق PI في الماء المعقم ومنزوع وجعل الحل المصبوغة 1 مل PI في تركيز 1 ملغ/مل وتخزين الحل PI في أنبوب ميكروسينتريفوجي مغطاة برقائق الألومنيوم.
  2. "الماصة؛" 50 ميليلتر PI الحل في بيئة نظيفة وطبق بيتري فارغة وتشريح كامل وتراجع إطلاق النار ابيكس في صبغ للحد الأدنى 2 شطف ابيكس الملون تبادل لإطلاق النار مرتين في الماء المعقم ومنزوع. أثناء عملية المصبوغة، تزج نورات كله سام أو سام الخضري في الحل PI تحقيقا لتلطيخ موحدة.

5-صورة جمع

ملاحظة: للحصول على هذا الأسلوب، وجميع بعثات يتم تصويرها باستخدام مجهر [كنفوكل] تستقيم ومع 20 x عدسة غمس المياه. كما هو موضح في الأخرى بروتوكولات9،12،،من1315، من الممكن أيضا للصورة سامز مجهر مقلوب باستخدام. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يتحقق تصوير مباشر استخدام ماركات مختلفة من مجاهر [كنفوكل]، مع إعداد عينة نفس الخطوات. ويرد في هذه الدراسة، خطوات التصوير بالتفصيل كمثال.

  1. بيرس حفرة في وسط صحن التصوير استخدام الملقط والعصا ابيكس الملون تبادل لإطلاق النار تستقيم في الأجل المتوسط.
  2. ملء الطبق التصوير مع المياه المعقمة، منزوع تماما تزج العينة. عرض من المجهر ستيريو، محاصرين ماصة صعودا وهبوطاً لإزالة فقاعات الهواء حولها أرض. ثم ضبط زاوية الجذع في أجار للتأكد من أن سام مرئية بالكامل من مباشرة أعلاه.
  3. ضع الطبق التصوير على المسرح عينة من المجهر [كنفوكل]. انخفاض عدسة غمس المياه ورفع مرحلة عينة مجهر السماح غيض من عدسة الغطس في الماء.
  4. فتح برنامج المجهر [كنفوكل] وحدد موقع SAM في برايتفيلد في العدسات. نقل حق سام عينة أدناه العدسة الهدف عن طريق تعديل وحدة تحكم س ص، ثم التركيز على سام من العدسات من خلال ضبط حذر المراقب المالي Z.
  5. تعمل الدالة اقتناء البرمجيات مجهر [كنفوكل] ابدأ (انظر الجدول للمواديعيش الوضع لعرض العينة من شاشة الكمبيوتر، وإعداد جميع المعلمات لليزر المسح التجربة.
    1. عند ضبط المعلمات، استخدام نطاق مؤشر الدالة لتحديد ما إذا كانت الإشارة مشبعة أم لا.
    2. بشكل اختياري، تطبيق الدالة إعادة استخدامها لتحديث كافة إعدادات المعلمة من الملف المحدد [كنفوكل].
      ملاحظة: اقترح التصوير المعلمات: الليزر خط (الإثارة): 515 نانومتر أو 561 نانومتر؛ الانبعاثات 570-650 نانومتر؛ الثقب: 1 وحدة مهواة (الاتحاد الأفريقي)؛ الربح: 600-750، وضع المسح الضوئي: الإطار؛ الإطار الحجم: 512 × 512 أو 1024 × 1024؛ سرعة المسح: من 7 إلى الحد الأقصى؛ مسح الاتجاه:-ثنائية الاتجاه؛ العدد المتوسط: 2-4؛ الأسلوب في المتوسط: يعني؛ عمق بت: 16 بت؛ الفاصل الزمني للمسح: 0.5-1 ميكرومتر. علاوة على ذلك، تحسين كل هذه المعايير على أساس طبيعة العينات النباتية المختلفة والاحتياجات الخاصة بالتصوير.

6. معالجة الصور

  1. لتصور آراء مقطع متعامد وعرضية الضوئية، استخدام نفس البرمجيات التجارية للحصول على التصوير. افتح الملف [كنفوكل] الأصلي، انقر فوق القائمة اورثو، حدد اورثو. ثم حدد أما موقف العاشر، وموقف y و z موضع الصورة، وحفظ الصور كملفات tiff.
    1. بشكل اختياري تحديد دالة المسافة 3D لتحديد المسافة بين نقطتين التي تم اختيارها من كومة الصور [كنفوكل].
    2. بدلاً من ذلك، استخدم فيجي/صورة "ياء"، حزمة تجهيز الصورة مورد مفتوح لتمثيل آراء قسم متعامد وعرضية.
    3. فتح الملف الأصلي [كنفوكل] مع فيجي، وانقر فوق القائمة صورة، حدد مكدسات و طرق متعامدةثم حدد.
    4. حدد XY, YZ, وطائرات XZ في الموقف الوسط، وحفظ الصور في تنسيق Tiff.
  2. لتصور إسقاط شفافة ثلاثية الأبعاد، استخدم نفس البرنامج.
    1. افتح الملف الأصلي [كنفوكل]، وانقر فوق القائمة 3D، وحدد شفاف لإنشاء طريقة عرض 3D إسقاط.
    2. بشكل اختياري انقر فوق القائمة 3D، حدد مظهر، وثم حدد الشفافية لضبط ثلاثة بارامترات الإسقاط بما في ذلك عتبةو منحدر و الحد الأقصى من الشفافية من 3D الصورة.
    3. انقر فوق قائمة ثلاثية الأبعاد، حدد المظهر، وحدد الضوء لضبط سطوع الصورة ثلاثية الأبعاد.
    4. تصدير الصور المسقطة وحفظها كملفات Tiff.
  3. لتصور إسقاط 3D أقصى شدتها، فتح الملفات [كنفوكل] مع نفس البرنامج، وانقر فوق القائمة 3D.
    1. حدد القائمة 3D وحدد الحد الأقصى.
    2. وبدلاً من ذلك، استخدم "ي" فيجي/صورة لتصور إسقاط 3D أقصى شدتها.
    3. افتح الملف الأصلي [كنفوكل] مع فيجي، وانقر فوق القائمة صورة وحدد مكدسات.
    4. حدد المشروع ثلاثي الأبعاد وحفظ الصور في تنسيق Tiff.
  4. لتصور عمق الترميز عرض الصور 3D، استخدم نفس البرنامج.
    1. انقر فوق القائمة 3D وحدد المظهر.
    2. حدد الخاصة وتحديد عمق الترميز.
    3. بدلاً من ذلك، استخدم "ي" فيجي/صورة لتصور عمق الترميز عرض.
    4. فتح الملفات [كنفوكل]، وانقر فوق القائمة صورة، حدد هايبرستاك.
    5. حدد رمز اللون الصدغي وحفظها كصور بتنسيق Tiff.
      ملاحظة: عمق الترميز z-المكدس أيضا يمكن أن يتحقق من خلال البرنامج المساعد المكدس رمز Z لفيجي.
  5. لتصور 3D عرض التناوب كما هو مبين (1 الفيلم و الفيلم 2)، استخدام نفس البرنامج (انظر الجدول للمواد).
    1. فتح الملفات [كنفوكل]، وانقر فوق القائمة 3D، وحدد سلسلة.
    2. حدد إصدار سلسلة، وحدد أحد الخيارات الأربعة بما في ذلك يستدير xو يستدير y، و بداية ونهايةو موقف قائمة.
    3. حفظ سلسلة تجعل كملفات AVI.
    4. بدلاً من ذلك، استخدم "ي" فيجي/صورة لتصور رأي استدارة ثلاثية الأبعاد.
    5. افتح الملف الأصلي [كنفوكل] مع فيجي وانقر فوق القائمة صورةوحدد مكدسات.
    6. حدد المشروع ثلاثي الأبعاد وحفظ الفيديو بتنسيق AVI.

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

النتائج

لتقييم فعالية البروتوكول لدينا واستكشاف مورفولوجية الخلايا الإنشائية من مختلف الأنواع، ونحن أدوا تجارب التصوير الحي [كنفوكل] على أرض نورات من نبات والخلايا الإنشائية الخضري من الطماطم وفول الصويا. قد استخدمت في هذه الدراسة، و نبات اكوتيبي لاندسبرغ قائمة، الطماطم الصنف الصغير-توم وفول الصويا المستنبتة 82 ويليامز كأمثلة.

يتبين من القسم الأوسط من نبات سام متعامد، فمن الواضح أن PI قادراً على وصمة ...

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

المناقشة

هنا، يمكننا وصف أسلوب تصوير بسيطة التي يمكن تطبيقها لدراسة الخلايا الإنشائية قمية تبادل لإطلاق النار من نباتات مختلفة مع تعديلات طفيفة، فتح سبيلاً جديداً لدراسة لائحة مماثلة في مراحل الخضري والإنجابية سواء في محطات نموذجية و المحاصيل. يمكن أن يساعد هذا البروتوكول على النقيض من وزارة شؤون المرأة وأساليب المصبوغة النسيجي، تكشف عن عرض السطحية والهياكل الداخلية الخلوية من سامز، دون الحاجة إلى تثبيت عينة كثيفة العمالة و/أو الأنسجة تمزيقها الخطوات. هذا البروتوكول أيضا متوافقة بطريقة التصوير المتبعة للصحفيين fluorescence أساس ف...

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

الإفصاحات

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

شكر وتقدير

الكتاب تقر "بوردو بندلي العلوم البيولوجية مركز التصوير مرفق" للحصول على ليزر المسح مجهر [كنفوكل]، والدعم التقني، والكتاب نقدر المساعدة من شبير أندي في "مرفق التصوير بندلي بوردو". تم تمويل هذا النشاط بجامعة بوردو كجزء من أجسيد مفترق طرق التمويل لدعم الزراعة والتنمية الريفية في ولاية إنديانا.

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

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
شركة أجار فيتودوت العلميةDSA20300-1000
شركة AgaroseDot Scientific Inc.AGLE-500
ملقطROBOZRS-4955Dumont #5SF ملقط فائق النعومة Inox طرف مقاس .025 × .005 مم ، لتشريح قمم اللقطة.
LSM 880 مجهر متحد البؤر المستقيم  زايس
موراشيج & Skoog MS المتوسطةDot Scientific Inc.DSM10200-50
خطة APO 20x / 1.1 عدسة غمس الماءZeiss
أطباق بتري بلاستيكية 100 مم × 15 ممCELLTREAT المنتجات العلمية229694 استخدامها كصنع لوحات MS
أطباق بتري بلاستيكية 60 مم × 15CELLTREAT المنتجات العلمية229665استخدامها كأطباق تصوير
مزيج التكاثرSungro البستنة
بروبيديوم يوديدAcros Organics440300250محلول 1 مجم / مل في الماء ، لتلطيخ جدران الخلايا
شفرة الحلاقةPERSONNA62-0179لقطع قمة اللقطة من النباتات
مجهرمجسم نيكونSMZ1000
الأنسجةVWR82003-820
زين أسودZeissبرنامج الحصول على الصور

المراجع

  1. Meyerowitz, E. M. Genetic control of cell division patterns in developing plants. Cell. 88 (3), 299-308 (1997).
  2. Xu, C., et al. A cascade of arabinosyltransferases controls shoot meristem size in tomato. Nature Genetics. 47 (7), 784-792 (2015).
  3. Bommert, P., Nagasawa, N. S., Jackson, D. Quantitative variation in maize kernel row number is controlled by the FASCIATED EAR2 locus. Nature Genetics. 45 (3), 334-337 (2013).
  4. Je, B. I., et al. Signaling from maize organ primordia via FASCIATED EAR3 regulates stem cell proliferation and yield traits. Nature Genetics. 48 (7), 785-791 (2016).
  5. Ping, J., et al. Dt2 is a gain-of-function MADS-domain factor gene that specifies semideterminacy in soybean. Plant Cell. 26 (7), 2831-2842 (2014).
  6. Vaughan, J. G., Jones, F. R. Structure of the angiosperm inflorescence apex. Nature. 171, 751(1953).
  7. Sijacic, P., Liu, Z. Novel insights from live-imaging in shoot meristem development. Journal of Integrative Plant Biology. 52 (4), 393-399 (2010).
  8. Tax, F. E., Durbak, A. Meristems in the movies: live imaging as a tool for decoding intercellular signaling in shoot apical meristems. Plant Cell. 18 (6), 1331(2006).
  9. Grandjean, O., et al. In vivo analysis of cell division, cell growth, and differentiation at the shoot apical meristem in Arabidopsis. Plant Cell. 16 (1), 74-87 (2004).
  10. Heisler, M. G., Ohno, C. Live-imaging of the Arabidopsis inflorescence meristem. Methods in Molecular Biology. 1110, 431-440 (2014).
  11. Tobin, C. J., Meyerowitz, E. M. Real-time lineage analysis to study cell division orientation in the Arabidopsis shoot meristem. Methods in Molecular Biology. 1370, 147-167 (2016).
  12. Prunet, N. Live confocal Imaging of developing Arabidopsis flowers. Journal of Visualized Experiments. (122), e55156(2017).
  13. Prunet, N., et al. Live confocal imaging of Arabidopsis flower buds. Developmental Biology. 419, 114-120 (2016).
  14. Reddy, G. V., Heisler, M. G., Ehrhardt, D. W., Meyerowitz, E. M. Real-time lineage analysis reveals oriented cell divisions associated with morphogenesis at the shoot apex of Arabidopsis thaliana. Development. 131, 4225-4237 (2004).
  15. Nimchuk, Z. L., Perdue, T. D. Live Imaging of Shoot Meristems on an Inverted Confocal Microscope Using an Objective Lens Inverter Attachment. Frontiers in Plant Science. 8, 773(2017).
  16. Zhou, Y., et al. HAIRY MERISTEM with WUSCHEL confines CLAVATA3 expression to the outer apical meristem layers. Science. 361 (6401), 502-506 (2018).
  17. Zhou, Y., et al. Control of plant stem cell function by conserved interacting transcriptional regulators. Nature. 517 (7534), 377-380 (2015).
  18. Nimchuk, Z. L., Zhou, Y., Tarr, P. T., Peterson, B. A., Meyerowitz, E. M. Plant stem cell maintenance by transcriptional cross-regulation of related receptor kinases. Development. 142 (6), 1043(2015).
  19. Li, W., et al. LEAFY Controls Auxin Response Pathways in Floral Primordium Formation. Science Signaling. 6 (270), ra23(2013).
  20. Truernit, E., et al. High-resolution whole-mount imaging of three-dimensional tissue organization and gene expression enables the study of phloem development and structure in Arabidopsis. Plant Cell. 20 (6), 1494-1503 (2008).

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

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

المرستيم القمي للساقالمجهر البؤريصبغ يوديد البروبيديومتصوير الخلايا الحيةعرض الإسقاط ثلاثي الأبعادتحضير العيناتمقارنة الأنواع النباتيةتحليل المرستيم الخضريدراسة مرستيم النورةالمسح بالليزر