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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
يتم توفير بروتوكول عالي الإنتاجية للتعقيم السطحي لبذور Arabidopsisthaliana (Arabidopsis) ، وتحسين خطوات التعامل مع السائل باستخدام جهاز شفط بسيط تم بناؤه بمضخة فراغ. يمكن تعقيم مئات عينات البذور في يوم واحد.
أربيدوبسيس هو إلى حد بعيد الأنواع نموذج النبات الأكثر استخداما على نطاق واسع للدراسات الوظيفية. التعقيم السطحي لبذور أربيدوبسيس هو خطوة أساسية مطلوبة لتحقيق هذه الغاية. وبالتالي، من الأهمية بمكان إنشاء طرق عالية الإنتاجية لتعقيم سطح بذور أربيدوبسيس للتعامل مع عشرات إلى مئات العينات (على سبيل المثال، الخطوط المعدلة وراثيا، أو الأنماط الإيكولوجية، أو المسوخ) في وقت واحد. يتم تقديم طريقة التعقيم السطحي للبذور على أساس القضاء الفعال على السائل في الأنابيب مع جهاز شفط محلي الصنع تم بناؤه من مضخة فراغ مشتركة في هذه الدراسة. من خلال الحد بشكل كبير من العمل الكثيف التدريب العملي على الوقت مع هذه الطريقة التعامل مع عدة مئات من العينات في يوم واحد ممكن مع القليل من الجهد. كما أشارت تحليلات الدورة الزمنية السلسلية إلى نطاق زمني مرن للغاية للتعقيم السطحي من خلال الحفاظ على معدلات إنبات عالية. يمكن تكييف هذه الطريقة بسهولة للتعقيم السطحي لأنواع أخرى من البذور الصغيرة مع تخصيص بسيط لجهاز الشفط وفقا لحجم البذور ، والسرعة المطلوبة للقضاء على السائل.
أربيدوبسيس هو نوع نباتي ثنائي الفصي ينتمي إلى عائلة براسيكاي. دورة حياتها قصيرة نسبيا (شهرين لكل جيل في ظل ظروف النمو ليوم طويل)، وحجم النبات الصغير، والتلقيح الذاتي مع إنتاج مئات البذور لكل نبات جعلت من أول نوع نموذج نباتي أساسي1،2. وبالإضافة إلى ذلك، كان تسلسل الجينوم لها تماما3،واسعة أدوات علم الوراثة العكسي (المشبعة T-DNA، transposon، والسكان المعدلة كيميائيا) متوفرة4،5،6، وفعالة Agrobacterium-بوساطة التحول راسخة للحصول على خطوط معدلة وراثيا كافية لمزيد من العمل المصب7 . وهكذا، خلال العقدين الماضيين، تم تحقيق تقدم كبير باستخدام Arabidopsis كنوع نموذجي لتشريح جوانب متنوعة من بيولوجيا النبات على المستوى الجزيئي، بما في ذلك الاختلاف الطبيعي والوراثي والفينوتيبيك8،9.
لتوصيف وظيفيا الجينات ذات الاهتمام في Arabidopsis، التعقيم السطحي البذور للقضاء على الملوثات الفطرية والبكتيرية هو الخطوة الأساسية لكثير من بروتوكولات المصب التي تتطلب الثقافات المحورية. التحول الوراثي لفرط التعبير10، الضربة القاضية (RNA-I11)أو خروج المغلوب (تحرير الجينوم12،13)من وظيفة الجينات ، توطين subcellular14، نشاط المروج15،16، البروتين البروتين17 والتفاعل بين البروتين والحمض النووي18، على سبيل المثال لا يذكر سوى التطبيقات الأكثر شيوعا ، وكلها تتطلب خطوة التعقيم سطح البذور. وهكذا، على الرغم من بساطته النسبية، يلعب تعقيم سطح البذور دورا أساسيا في العديد من التحليلات الوظيفية.
حتى الآن، وقد وضعت فئتين رئيسيتين من أساليب التعقيم السطحي البذور على أساس إما الغاز أو على التعقيم في مرحلة السائل19. وفي حين أن إنتاجية التعقيم السطحي للبذور في مرحلة الغاز متوسطة إلى عالية، فإن استخدام غاز الكلور الكاشف الخطر كعامل تعقيم سطحي أعاق تطبيقه على نطاق واسع. تعتمد الطرق القائمة على التعقيم في المرحلة السائلة ، على العكس من ذلك ، على مواد كيميائية أكثر اعتدالا مثل الإيثانول وحلول التبييض للتعقيم السطحي ، وتستخدم على نطاق أوسع على الرغم من أن إنتاجها أقل بطبيعته من تبخير الكلور. بشكل عام، يتم استخدام طريقتين مختلفتين تستخدمان الكواشف السائلة بشكل عام. ويستند أسلوب واحد يستخدم إلى حد كبير على الغسيل مع الإيثانول والتبييض بتركيزات مختلفة لمدة مختلفة من الوقت20،21. ويستند أسلوب آخر على تطبيق التبييض فقط21،22. وتطبق كلتا الطريقتين أساسا لتعقيم سطح البذور على نطاق صغير. ومع ذلك، في العديد من التجارب، فمن الضروري لفحص العديد من خطوط أربيدوبسي المعدلة وراثيا المستمدة من تحويل واحد15،23 أو الشاشة في موازاة العديد من خطوط المعدلة وراثيا ولدت من التحولات المختلفة24،25. وعلى حد علمنا، لم تنشر أي طريقة قائمة على السوائل لتعقيم سطح البذور عالي الإنتاجية، مما يشكل، على الرغم من عدم الاعتراف به، اختناقا هاما لنهج الجينوم الوظيفي. لذلك، تطوير أساليب آمنة وقوية وعالية الإنتاجية لتعقيم سطح البذور هو خطوة ضرورية وحاسمة نحو نجاح التوصيف الوظيفي للعديد من الجينات في وقت واحد.
وتحقيقا لهذه الغاية، في الدراسة الحالية، يتم تقديم طريقة محسنة للتعقيم السطحي لبذور الأرابيدوسيس. هذه الطريقة آمنة ومنخفضة التكلفة وقوية للغاية وعالية الإنتاجية ، مما يسمح بالتعامل مع 96 خطا مستقلا في غضون ساعة واحدة من بداية تعقيم سطح البذور حتى نهاية بذر البذور في أطباق بيتري. تعتمد الطريقة التي أثبتت على الأجهزة المختبرية الأساسية المتاحة على نطاق واسع مثل مضخة فراغ ، وأواني زجاجية قابلة للاستهلاك ، وأدوات بلاستيكية. توفر هذه الطريقة المحسنة للمجتمع العلمي نهجا آمنا وبسيطا وبأسعار معقولة لتبسيط تعقيم سطح البذور مع إنتاجية كافية لنهج الجينوم الوظيفي الحديث في Arabidopsis وغيرها من الأنواع النباتية غير النموذجية.
1. الكواشف وإعداد وسائل الإعلام
2. الإعداد أسبيراتور
ملاحظة: يتم تلخيص إعداد الأداة في الشكل 1.

الشكل 1: الرسم التخطيطي لجهاز الشفط لإزالة عالية الإنتاجية من السوائل التعقيم. للوضوح، لا يتم رسم أجزاء واحدة إلى الحجم. الحرف (أ) يشير إلى مضخة فراغ،(ب)زجاجة الخزان لجمع السوائل (الإيثانول، التبييض، أو المياه العقيمة)،(ج)صمام لتجنب ارتجاع السوائل،(D)العقيمة 200 ميكرولتر ماصة تلميح، و (ه) أنبوب الطرد الدقيق 1.5 مل تحتوي على البذور والتعقيم السائل. تشير الأسهم إلى اتجاه تدفق الهواء. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
3. عالية الإنتاجية السائل تعقيم سطح البذور
ملاحظة: الإجراء العام والحد الأدنى من الوقت اللازم للتعقيم السطحي ل Arabidopsis thaliana (L.) Heynh البرية نوع (كول-0) (Arabidopsis) البذور مع 96 عينات مستقلة هي تلخيصها في الشكل 2.

الشكل 2:نظرة عامة على الإجراء والحد الأدنى من الوقت اللازم للتعقيم السطحي لبذور Arabidopsis مع 96 عينات مستقلة. وفي التجربة المقدمة، تعالج 96 عينة مستقلة على دفعتين متساويتي الحجم. الإجراء بأكمله هو نفسه لكلا الدفعتين، وتتم معالجتها بالتوازي، ولكن تتم معالجة الدفعة الثانية مع تأخير خطوة واحدة مقارنة بالدفعة الأولى. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
4. الطلاء وتسجيل Arabidopsis على لوحات MS 1/2
5. التحليلات الإحصائية
ملاحظة: هنا، تم استخدام اختبار توكي الثنائي للتحليلات الإحصائية.
من أجل تقييم الوقت اللازم لإجراء تعقيم البذور بأكمله ، تم حساب الاختلافات الزمنية للتعامل مع السائل 96 عينة في البروتوكول الحالي ومقارنتها مع طرق الأنابيب التقليدية. وتشير النتيجة إلى أن البروتوكول الحالي يوفر الوقت، مما يقلل من وقت المناولة السائلة إلى ربع ذلك مع البروتوكولات التقليدية(الجدول 1). ويسلط الجدول الضوء كذلك على أن وقت إزالة السائل في البروتوكول الحالي يوفر وقتا أطول من الوقت الذي توفره الأساليب التقليدية، مع تخفيض إجمالي قدره ثمانية أضعاف.
اختيار النطاق الزمني لتعقيم البذور
خطوات التعقيم أطول تقليل معدلات التلوث ولكن يمكن أن تؤثر سلبا على إنبات البذور. لتحديد أفضل نطاق زمني لتعقيم البذور مع أعلى معدلات الإنبات دون تلوث، تم اختبار فترات مختلفة من كل خطوة تعقيم، وتقييم كل من إنبات البذور ومعدلات ظهور كوتيلون الخضراء. لم تشر تحليلات الإنبات التي أجريت من اليوم الثاني إلى اليوم الرابع وفي اليوم السابع إلى عدم وجود اختلافات كبيرة بين النطاق الزمني من 10 دقائق إلى 40 دقيقة من تعقيم الإيثانول بنسبة 70٪. ومع ذلك ، من 40 دقيقة من العلاج مع الإيثانول 70 ٪ ، انخفضت معدلات الإنبات(الشكل 3). وفي المقابل، انخفضت معدلات ظهور الكوتيليدون الأخضر(الشكل 4). وبما أن فترات التعقيم الأقصر يمكن أن تزيد من الإنتاجية ولكنها تزيد من معدلات التلوث، فقد تم تقييم الحد الأدنى من الوقت اللازم لتعقيم 96 عينة بذور مختلفة على دفعتين من 48 عينة. بالإضافة إلى ذلك ، نظرا للإعداد المفضل مع الهز الذي يتم إجراؤه في شاكر ، اختبرنا الحد الأدنى من الوقت اللازم لتعقيم البذور من خلال التعامل مع 96 عينة على دفعتين من 48 عينة لكل منهما. وكان الحد الأدنى من الوقت اللازم لمعالجة 48 عينة في وقت واحد 3 دقائق، مما يسمح بمعالجة المجموعة الثانية من 48 عينة مباشرة بعد المجموعة الأولى دون أي وقت للانتظار. وهكذا، تم تطبيق 3 دقائق ل70٪ الإيثانول و 3 دقائق لمدة 5٪ التبييض والحد الأدنى من الوقت لتعقيم البذور (نقطة (أ) في الشكل 3). وأسفرت هذه التحليلات عن معدلات إنبات مماثلة لأعلى المعدلات دون تلوث وفقدان حيوية البذور(الشكل 3).
وباختصار، فإن النطاقات الزمنية المناسبة للحفاظ على أعلى نسبة من إنبات البذور دون تلوث المستمدة من القضاء الكافي على الكائنات الحية الدقيقة بين 3-30 دقيقة ل70٪ الإيثانول وبين 3-22.5 دقيقة لتبييض 5٪.
من أجل إثبات أن البذور التي استخدمناها في الأصل كانت ملوثة بالكائنات الحية الدقيقة ، تم زرع البذور غير المعقمة مباشرة على لوحات MS. ظهرت الفطريات على لوحات بعد زرع لمدة يومين وتنتشر في جميع أنحاء لوحات بعد سبعة أيام الإنبات (الشكل التكميلي 1).
تقييم التلوث المتبادل بين الأنماط الجينية المختلفة للبذور
للتحقق مما إذا كان استخدام طرف ماصة معقم واحد لمعالجة عينات البذور المختلفة يمكن أن يؤدي إلى تلوث متقاطع وتقييم كمية مثل هذا التلوث المتبادل ، تم تناوب نوعين جينيين مختلفين من البذور (Col-0 البرية ، حساسة للكاناميسين ، وخط أرابيدوسيس المعدل وراثيا AdoIspS-79 ، المقاوم للكاناميسين24)أثناء إجراء التعقيم. بعد تعقيم البذور القياسية، زرعت في لوحات صلبة MS نصف قوة تكمل دون أو مع 50 ملغ / ل كاناميسين. وقد تكررت التجارب خمس مرات. وأشارت هذه التحليلات إلى أن حوالي 96٪ من البذور التي نبتت في لوحات MS التي تحتوي على كاناميسين، ولكن لم يتم رصد أي كوتيليدوناتخضراء في اليوم السابع من الإنبات في أي لوحات زرعت مع النمط الجيني كول-0(الشكل 5). وبالتوازي مع ذلك، أظهرت بذور Col-0 المزروعة في لوحات MS حوالي 94٪ من الإنبات، وكانت جميع ال كوتيلودون خضراء بعد الإنبات لمدة 7 أيام. تشير هذه النتائج إلى عدم ترحيل التلوث بين العينات على الرغم من استخدام طرف ماصة واحد لإزالة المحلول العقيم.

الشكل 3: نسبةإنبات البذور بعد 2-, 3-, 4- و 7 أيام بذور Arabidopsis البذر مع أوقات التعقيم المختلفة المشار إليها بأحرف مختلفة. أ: 3 دقائق من الإيثانول 70٪ و 3 دقائق من 5٪ التبييض، ب: 10 دقيقة من الإيثانول 70٪ و 7.5 دقيقة من 5٪ تبييض، ج: 20 دقيقة من الإيثانول 70٪ و 15 دقيقة من 5٪ التبييض، د: 30 دقيقة من الإيثانول 70٪ و 22.5 دقيقة من 5٪ التبييض، ه: 40 دقيقة من الإيثانول 70٪ و 30 دقيقة من 5٪ التبييض، و: 50 دقيقة من الإيثانول 70٪ و 37.5 دقيقة من 5٪ التبييض، ز: 70 دقيقة من الإيثانول 70٪ و 52.5 دقيقة من 5٪ التبييض. يشير نجمان إلى اختلافات كبيرة وفقا لاختبار توكي الثنائي (p < 0.01). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: نسبة كوتيلون الخضراء بعد 7 أيام بذور Arabidopsis البذر مع أوقات التعقيم المختلفة المشار إليها مع رسائل مختلفة. أ: 3 دقائق من الإيثانول 70٪ و 3 دقائق من 5٪ التبييض، ب: 10 دقيقة من الإيثانول 70٪ و 7.5 دقيقة من 5٪ تبييض، ج: 20 دقيقة من الإيثانول 70٪ و 15 دقيقة من 5٪ التبييض، د: 30 دقيقة من الإيثانول 70٪ و 22.5 دقيقة من 5٪ التبييض، ه: 40 دقيقة من الإيثانول 70٪ و 30 دقيقة من 5٪ التبييض، و: 50 دقيقة من الإيثانول 70٪ و 37.5 دقيقة من 5٪ التبييض، ز: 70 دقيقة من الإيثانول 70٪ و 52.5 دقيقة من 5٪ التبييض. يشير نجمان إلى اختلافات كبيرة وفقا لاختبار توكي الثنائي (p < 0.01). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 5:المقايسة عبر التلوث بين كول-0 البرية من نوع وبذور AdoIspS-79. كول-0 الإنبات في لوحات MS نصف قوة (يسار)، كول-0 في لوحة MS نصف قوة تكملها مع 50 ملغ / ل كاناميسين (وسط) و AdoIspS-79 في لوحة MS نصف قوة تكملها مع 50 ملغ / ل كاناميسين (يمين)، scalebar = 1 سم. تظهر في الشكل صورة تمثيلية لأحد النسخ المتماثلة الخمس. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| إجراء | البروتوكول الحالي (الحد الأدنى) | الأنابيب التقليدية (دقيقة) |
| إضافة سائل 1 | 12 | 24 |
| إزالة السائل 1 | 6 | 48 |
| مجموع | 18 | 72 |
الجدول 1: موجز عن الحد الأدنى من الوقت اللازم للتعامل مع السوائل أثناء تعقيم 96 عينة من عينات البذور. يسرد الجدول الوقت الإجمالي (دقيقة) المطلوبة لإضافة وإزالة السائل في جميع أنحاء الخطوات الرئيسية للتعقيم سطح البذور باستخدام البروتوكول الحالي وبروتوكول حيث يتم استخدام pipetting التقليدية.
الشكل التكميلي 1: الكشف عن التلوث بعد زرع بذور أرابيدوسيس لمدة 7 أيام. تظهر الصورة درجة تلوث البذور غير المعقمة (المشطفة بالماء؛ إلى اليسار) والبذور العقيمة (التي تخضع للتعقيم السطحي كما هو موضح في النص الرئيسي؛ إلى اليمين). Scalebar = 1 سم. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
جميع المؤلفين لا يعلنون عن أي تضارب في المصالح.
يتم توفير بروتوكول عالي الإنتاجية للتعقيم السطحي لبذور Arabidopsisthaliana (Arabidopsis) ، وتحسين خطوات التعامل مع السائل باستخدام جهاز شفط بسيط تم بناؤه بمضخة فراغ. يمكن تعقيم مئات عينات البذور في يوم واحد.
تم تمويل هذا البحث من قبل مقاطعة ترينتو المستقلة من خلال التمويل الأساسي لمجموعة الاقتصاد البيئي التابعة لمنظمة فوندازيون ماخ.
| طقم B074CYC5SD صمام حوض | السمك بما | في ذلك 2 صمامات وأنابيب رقيقة الجدران. يمنع الصمام السوائل من العودة إلى الطرف المعقم | |
| أرابيدوبسيس كول-0 بذور من النوع البري | نوتنغهام أرابيدوبسيس | مركز مخزون N1093 | بذور من النوع البري (حساسة للكاناميسين) خط |
| نبات الأرابيدوبسيس المعدل وراثيا بذور AdoIspS-79 | بذورNA | NA | خط معدل وراثيا يفرط في التعبير عن جين سينسيز الأيزوبرين من Arundo donax الذي تحول في خلفية Col-0 ، مقاوم للكاناميسين (Li et al. (2017) Mol. Biol. Evol. ، 34 ، 2583 &ndash ؛ 2599). متاح بناء على طلب من المؤلفين |
| الطرد المركزي الدقيق | Eppendorf | EP022628188 | أجهزةالطرد المركزي الدقيقة Benchtop المستخدمة في غزل البذور |
| Murashige & وسط Skoog بما في ذلك الفيتامينات | Duchefa | M0222 | وسيط قياسي لثقافة النبات معقمة |
| وحدة تحكم الماصة | العلامة التجارية | 26300 | تستخدم لتشغيل الماصة المصلية |
| أنبوب البولي إيثيلين 1 | Roth | 9591.1 | أنبوب للتوصيل من مضخة التفريغ إلى زجاجة الصب (القطر الداخلي: 7 مم ؛ القطر الخارجي: 9 مم) |
| أنبوب البولي إيثيلين 2 | Roth | 9587.1 | أنبوب للاتصال من زجاجة الصب إلى صمام حوض السمك   ؛ (القطر الداخلي: 5 مم ؛ القطر الخارجي: 7 مم) |
| غطاء لولبي مع موصلات | Roth | PY86.1 | غطاء لولبي موزع ثنائي الاتجاه GL45 في مادة البولي بروبيلين لصب الزجاجة |
| ماصة مصلية | العلامة التجارية | 27823 | ماصة مصلية زجاجية متدرجة (قابلة لإعادة الاستخدام). يمكن استخدام الماصات التي تستخدم لمرة واحدة بدلا من |
| Shakeret al. | مطحنة حبةQiagen | 85300 | TissueLyser II تستخدم عادة لتجانس الأنسجة. بدون إضافة الخرز إلى الأنابيب ، فإنه يعمل كشاكر. |
| التقنية للإيثانول | ITW (Nova Chimica Srl) | 212800 | الإيثانول 96٪ v / v مشوه جزئيا من الدرجة التقنية |
| Tween 20 | Merck Millipore | 655205 | منظف غير أيوني يعمل كخافض للتوتر السطحي |
| موصلات أنابيب عالمية | Roth | Y523.1 | يمكن استخدامها لتحسين / تبسيط اتصالات الأنابيب |
| مضخة تفريغ | Merck Millipore | WP6222050 | المستخدمة ل صنع جهاز الشفط |