Method Article

بروتوكول بسيط لرسم خرائط سمات بنية نظام جذر النبات

DOI:

10.3791/64876

⸱

February 10th, 2023

 ,  , 
1Department of Biology, Western Kentucky University, 2Plant Biotechnology Division, CSIR Central Institute of Medicinal and Aromatic Plants, 3Academy of Scientific and Innovative Research (AcSIR), 4Department of Biology, St. Joseph's University

In This Article

Summary

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

نحن نستخدم أدوات معملية بسيطة لفحص بنية نظام الجذر (RSA) ل Arabidopsis و Medicago. تزرع النباتات في الماء فوق شبكة وتنتشر باستخدام فرشاة فنية للكشف عن RSA. يتم التقاط الصور باستخدام المسح الضوئي أو كاميرا عالية الدقة ، ثم يتم تحليلها باستخدام ImageJ لتعيين السمات.

Abstract

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

تعد المعرفة الشاملة بتطوير بنية نظام جذر النبات (RSA) أمرا بالغ الأهمية لتحسين كفاءة استخدام المغذيات وزيادة تحمل أصناف المحاصيل للتحديات البيئية. يتم تقديم بروتوكول تجريبي لإعداد نظام الزراعة المائية ، ونمو النباتات ، وانتشار RSA ، والتصوير. استخدم النهج نظاما مائيا قائما على صندوق أرجواني يحتوي على شبكة من مادة البولي بروبيلين مدعومة بأسافين من البولي كربونات. يتم توضيح الإعدادات التجريبية من خلال تقييم RSA للنباتات تحت إمدادات المغذيات المختلفة (الفوسفات [Pi]). تم إنشاء النظام لفحص RSA من Arabidopsis ، لكنه قابل للتكيف بسهولة لدراسة النباتات الأخرى مثل Medicago sativa (البرسيم). تستخدم نباتات Arabidopsis thaliana (Col-0) في هذا التحقيق كمثال لفهم نبات RSA. يتم تعقيم البذور السطحية عن طريق معالجة الإيثانول والتبييض التجاري المخفف ، ويتم الاحتفاظ بها عند 4 درجات مئوية للتقسيم الطبقي. تنبت البذور وتزرع على وسط سائل نصف MS على شبكة من مادة البولي بروبيلين مدعومة بأسافين من البولي كربونات. تزرع النباتات في ظل ظروف النمو القياسية لعدد الأيام المطلوبة ، ويتم انتقاؤها برفق من الشبكة ، وتغمرها في ألواح أجار تحتوي على الماء. ينتشر كل نظام جذر للنباتات برفق على الصفيحة المملوءة بالماء بمساعدة فرشاة فنية مستديرة. يتم تصوير لوحات بتري هذه أو مسحها ضوئيا بدقة عالية لتوثيق سمات RSA. يتم قياس سمات الجذر ، مثل الجذر الأساسي والجذور الجانبية ومنطقة التفرع ، باستخدام برنامج ImageJ المتاح مجانا. توفر هذه الدراسة تقنيات لقياس خصائص جذور النبات في البيئات البيئية الخاضعة للرقابة. نناقش كيفية (1) زراعة النباتات ، وجمع عينات الجذر ونشرها ، (2) الحصول على صور لعينات RSA المنتشرة ، (3) التقاط الصور ، و (4) استخدام برنامج تحليل الصور لتحديد سمات الجذر. ميزة الطريقة الحالية هي القياس متعدد الاستخدامات والسهل والفعال لسمات RSA.

Introduction

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

تعد بنية نظام الجذر (RSA) ، الموجودة تحت الأرض ، عضوا حيويا لنمو النبات وإنتاجيته1،2،3. بعد المرحلة الجنينية ، تخضع النباتات لأهم التغييرات المورفولوجية. تؤثر الطريقة التي تنمو بها الجذور في التربة بشكل كبير على نمو أجزاء النبات فوق سطح الأرض. نمو الجذر هو الخطوة الأولى في الإنبات. إنها سمة إعلامية لأنها تستجيب بشكل فريد للعناصر الغذائية المختلفة المتاحة1،2،3،4. يظهر RSA درجة عالية من اللدونة التنموية ، مما يعني أن البيئة تستخدم دائما لاتخاذ قرارات ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

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

تم تلخيص البروتوكول بأكمله بشكل تخطيطي في الشكل 1 ، والذي يوضح جميع الخطوات الأساسية التي ينطوي عليها الكشف عن بنية نظام الجذر (RSA) للنباتات. فيما يلي خطوات البروتوكول بالتفصيل:

1. تعقيم سطح بذور أرابيدوبسيس

  1. انقل مغرفة صغيرة (حوالي 100 بذرة = حوالي 2.5 مجم) من البذور إلى أنبوب الميكروفوج ، وانقعه لمدة 30 دقيقة في الماء المقطر في درجة حرارة الغرفة (RT). يتم تنفيذ هذا الإجراء بأكمله في حالة العقيم.
  2. قم بطرد مركزي لفترة وجيزة أنبوب الميكروفوج الذي يحتوي على بذور عند 500 × جم لمدة 5 ثوان ، باستخدام أي جهاز طرد مركزي منضدية في RT للسماح للبذور بالاستقرار.
  3. صب ال....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

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

يتم قياس السمات المورفومترية المختلفة لبنية نظام الجذر (RSA) باستخدام أدوات معملية بسيطة ، ويتم تصوير الخطوات بشكل تخطيطي في الشكل 1. توضح تفاصيل الإعداد المائي إمكانات البروتوكول في قياس RSA (الشكل 1 والشكل 2).

بالنظر إلى الاختلافات الملحوظة في عوامل التبلور ، استخدمنا نظام زراعة مائي لإجراء جميع الدراسات3،10. كدليل على المفهوم ، يعمل هذا النظام .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

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

أظهر هذا العمل رسم خرائط RSA باستخدام معدات معملية بسيطة. باستخدام هذه الطريقة ، يتم تسجيل التغيرات المظهرية على المستوى المكرر. تتمثل فائدة هذه الإستراتيجية في أن جزء الساق لا يتلامس أبدا مع الوسائط ، لذا فإن النمط الظاهري للنباتات أصلي. تتضمن هذه الطريقة إنشاء نظام مائي لزراعة النباتات كما هو موضح في البروتوكول. بعد ذلك ، يتم إخراج كل نبتة سليمة ووضعها على طبق بتري مملوء بالآجار. ثم يسمح لنظام الجذر بالانتشار يدويا باستخدام فرشاة فنية ، ويتم التقاط الصور لتحليلها باستخدام برنامج ImageJ1،

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

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

يعلن أصحاب البلاغ عدم وجود تضارب في المصالح.

Acknowledgements

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

نحن نقدر وزارة الزراعة الأمريكية (المنحة 58-6406-1-017) لدعم هذا البحث. كما نعرب عن تقديرنا لمركز التكنولوجيا الحيوية WKU ، جامعة ويسترن كنتاكي ، بولينغ غرين ، كنتاكي ، الولايات المتحدة الأمريكية ، ومدير المعهد المركزي للنباتات الطبية والعطرية CSIR ، لكناو ، الهند ، لتوفير مرافق الأدوات والدعم (اتصال مخطوطة CSIR CIMAP رقم CIMAP / PUB / 2022/103). تقر SS بالدعم المالي من جامعة سانت جوزيف ، فيلادلفيا ، الولايات المتحدة الأمريكية.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
أرابيدوسبسيس ثاليانا (عمود 0)Lehle SeedsWT-02Columbia (Col-0** ، بدون علامات) *
فرش الفنأمازون أو أي بائعمستديرة بالألوان المائية مقاس رقم 14 (8 مم) و 16 (9.5 مم) و 18 (12 مم) و 20 (14.2 مم)
مجهر آلي مع كاميرا رقميةLeica MicrosystemsLAS الإصدار 4.12.0 ، برنامج Leica
Microsystems ImagingImageJImageJ V
  1.8.0
صندوق أرجواني GA-7فيشر العلمي   ؛50-255-176
Medicago sativaJohnny's Seeds
Petri-plate (150 مم × 15 مم)USA Scientific8609-0215150 مم × 15 مم PS Petri Dish (https://www.usascientific.com)
كاميرا صورمدفع أو نيكونأي كاميرا عالية الميجا بكسل (12 ميجا بكسل لكل بوصة) في وضع الماكرو
Plant-AgarSigma-AldrichA3301Agargel  مناسبة لزراعة الأنسجة النباتية
صفائح البوليكربونات أمازون1 مم   شبكة
بولي بروبلينسميكة أمازونحجم المسام 250 & م ، 500 وميكرو ؛ م و 1000 & ميكرو; m
ScannerEpsonEpson Perfection V700 Photo (المسح الضوئي بدقة 600 نقطة في البوصة)
آخر فرشاة

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Shukla, D., Rinehart, C. A., Sahi, S. V. Comprehensive study of excess phosphate response reveals ethylene mediated signaling that negatively regulates plant growth and development. Scientific Reports. 7 (1), 3074(2017).
  2. Rellán-Álvarez, R., Lobet, G., Dinneny, J. R.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Root System ArchitecturePlant Root TraitsHydroponic SystemArabidopsis ThalianaRoot ImagingImageJ AnalysisLateral Root DensityPrimary Root LengthNutrient DeficiencyRoot Phenotyping

Related Articles