المغناطيسية الأرضية الميدانية (GMF) وتطور النبات: التحقيق في آثار عكسية على GMF

الهدف العام من هذا الإجراء هو إحداث عكس للمجال المغناطيسي الأرضي (GMF) باستخدام ملفات هولتس التي يتم التحكم بها بواسطة وحدة تزويد بالطاقة. وفي النهاية، يتم توضيح أن عكس المجال المغناطيسي الأرضي يؤثر على المورفولوجيا والتعبير الجيني للنباتات. يمكن لهذه الطريقة أن تساعد في الإجابة على أسئلة رئيسية في مجال تطور النباتات، مثل ما إذا كان عكس المجال المغناطيسي للأرض قد لعب دوراً في تطور النباتات وتكيفها.

تتمثل الميزة الرئيسية لهذه التقنية في إمكانية استخدامها لاختبار التأثيرات البيولوجية المحتملة للمجالات المغناطيسية الضعيفة في كائن نموذجي بسيط يمكن تربيته بمكررات عديدة، وكل ذلك تحت ظروف مضبوطة بدقة. سيقوم بتوضيح هذا الإجراء ألبرتو بوكو وطالب موجه من مختبري، بالإضافة إلى كيارا aa، وهي طالبة دكتوراه في مختبري، وسيا بيرتيا، وهي أستاذ مشارك في مجموعتي.

للبدء، قم بتشغيل مصادر الطاقة الثلاثة للتيار المستمر (DC) المتصلة بأزواج ملفات هلمهولتز الثلاثة، وقم بتشغيل مقياس المغناطيسية ثلاثي المحاور الذي تم إدخال مجسه في الملفات ثلاثية المحاور. قم بتشغيل الكمبيوتر وتشغيل برنامج مقياس المغناطيسية الذي يتيح جمع البيانات من مقياس المغناطيسية ثلاثي المحاور. كما أن مصادر الطاقة متصلة بجهاز الكمبيوتر عبر اتصال A-G-P-I-B لغرض التحكم.

اضبط فولتية وحدات تزويد الطاقة لتوليد المجال المغناطيسي المطلوب مع عكس متجه المجالات المغناطيسية كما هو موضح في البروتوكول النصي. ضع بذور نبات Arabidopsis Aliana من النمط المظهري Columbia-0 في أنبوب سعة 1.5 milliliter، بعد تعقيم سطحها بمعالجتها بمحلول calcium hypochlorite لمدة 10 إلى 12 دقيقة عند درجة حرارة 25 إلى 28 °C مع الرج المستمر. بعد ذلك، اشطف البذور مرتين بـ 80% ethanol، متبوعاً بغسلها بـ 100% ethanol.

وأخيراً، يتم الشطف بالماء المقطر المعقم. قم بتحضير لتر واحد من وسط Murrah Shiga و SCOG المعدل كما هو موضح في البروتوكول النصي قبل التصلب. صب 80 مل من الوسط في كل طبق بتري مربع، بحيث يوضع 30 بذرة معقمة في الطبق الواحد.

ثم يتم إغلاق الأطباق بغشاء شمعي. تُعرَّض الأطباق لعملية التبريد (Vernalization) بوضعها أفقياً في الظلام عند درجة حرارة 4 °C لمدة يومين لتعزيز وتزامن عملية الإنبات. يتم تجهيز مصابيح بخار الصوديوم بتغطية كشاف الضوء بفيلم جيلاتيني أزرق لتقليل المكون الأحمر للمصابيح بعد عملية التبريد.

قم بتجهيز أطباق بتري لتعريضها إما لمجال مغناطيسي جيوفيزيائي طبيعي (normal GMF) أو معكوس (reversed GMF). عرّض البذور في بيئة محكومة مناخياً عند درجة حرارة 22 °C وفي وضع رأسي. تُجرى تجارب متوازية كل من خارج الملفات ثلاثية المحاور وداخل الملفات ثلاثية المحاور.

تحت جدول فترة ضوئية يتكون من ثماني ساعات من الظلام و16 ساعة من الضوء. بعد التعريض، التقط صوراً لأطباق بتري لحساب طول الجذر ومساحات الأوراق. أولاً، قم بقياس ضلع طبق بتري.

بعد ذلك، افتح صورة طبق بتري في برنامج Image J واستخدم خيار الخط المستقيم لرسم خط يقطع جانب الطبق تماماً. من قائمة التحليل (analyze)، اختر تعيين المقياس (set scale) وأدخل المسافة الفعلية في مربع المسافة المعروفة (known distance). ثم أدخل وحدة الطول.

وأخيرًا، انقر فوق الخيار العام (global option) لجعل الإعدادات متاحة لجميع قياسات طول الجذر. تتبع شكل الجذر بعناية باستخدام أداة الرسم الحر (freehand tool). قم بقياس الطول باستخدام خيار القياس (measure option) الموجود في قائمة التحليل (analyze menu).

استمر في قياس جميع الجذور الموجودة في الصورة واحفظ الملف لإجراء المزيد من التحليلات الإحصائية. وبالنسبة لمساحة الورقة، استخدم خيار التعديل (adjust) من قائمة الصور، يليه عتبة اللون (color threshold)، ثم حدد الورقة المنفردة، ومن قائمة التحليل (analyze)، اختر تحليل الجسيمات (analyze particles)، واحفظ القياسات الفردية للتحليل الإحصائي. اجمع 30 من النبيتات و30 من الجذور بشكل منفصل، وجمدها فوراً في النيتروجين السائل.

ثم يتم السحق في النيتروجين السائل باستخدام هاون ومدقة قبل عزل الـ RNA الكلي كما هو موضح في البروتوكول النصي، وتُجرى جميع التجارب على نظام الوقت الحقيقي (real-time system) باستخدام cyber green one مع ROX كمعيار تحميل داخلي، وتُنفذ التفاعل بمزيج بحجم 25 µL. وباستخدام البادئات المدرجة في البروتوكول النصي، يتم تضمين ضوابط عدم النسخ العكسي (non reverse transcription controls) لمراقبة التلوث بالـ DNA الجينومي، بالإضافة إلى ضوابط عدم وجود القالب (non template controls). يتم قياس الفلورة بعد كل مرحلة تلدين واستطالة.

تمثل العدستان المكبرتان البيانات التي تم جمعها، بما في ذلك منحنيات الارتفاع (kneeling) والتفكك. انتقل إلى شاشة التحليل والإعداد وتأكد من تحديد مجموعة البيانات التي تم جمعها خلال جزء التفكك من التجربة. ولإجراء التحليل لجميع التشغيلات، قم بإجراء تحليل لمنحنى الانصهار من 55 إلى 95 درجة Celsius عبر تضمين جزء التفكك في الملف الحراري.

استخدم شاشة منحنى التفكك التي يمكن الوصول إليها عبر علامة تبويب النتائج لعرض ملف التفكك. قم بتحليل جميع مخططات التضخيم باستخدام برنامج جهاز الـ real-time PCR.

للحصول على قيم CT، قم بمعايرة وتطبيع مستويات RNA النسبية باستخدام مستوى أفضل الجينات المرجعية (housekeeping genes). انتقل إلى شاشة مخططات التضخيم من خلال علامة تبويب النتائج. حدد مرحلة الصعود (ramp) أو مرحلة الثبات (plateau) التي يجب تحليل بياناتها باستخدام شاشة التحليل والاختيار والإعداد.

ثم اختر التألق المعياري المصحح لخط الأساس من قائمة التألق في لوحة التحكم. قم بالولوج إلى شاشة قيمة عينة اللوحة من خلال علامة تبويب النتائج، وذلك لعرض قيم CT للآبار التي تم أخذ عينات منها.

استخدم أربعة جينات مرجعية مختلفة لتقييس نتائج تفاعل البوليميراز المتسلسل في الوقت الحقيقي (real-time PCR). اختر الجين الأعلى تصنيفاً باستخدام برنامج التحليل، واستخدم الجين الأكثر استقراراً لعملية التقييس. قم بتنظيم بيانات الإدخال بإيجاز في ورقة Excel بحيث يحتوي العمود الأول على أسماء الجينات والصف الأول على أسماء العينات.

بعد ذلك، اختر برنامج التحليل من شريط القوائم. استخدم مربع الحوار لتحديد بيانات الإدخال. ثم، قم بتفعيل حقول أسماء العينات، وأسماء الجينات، والمخرجات البسيطة فقط.

انقر على زر البدء لإجراء التحليل، ثم اختر الجين الأعلى تصنيفاً كالجين المرشح الأكثر استقراراً في التعبير. بعد 10 أيام من التعرض، أظهرت النباتات الضابطة طول جذر أكبر بشكل ملحوظ ووريقات أكثر تمدداً مقارنة بالنباتات التي تعرضت لظروف GMF معكوسة بعد 10 أيام من التعرض. تمثل تأثير عكس GMF في حدوث تغير جذري في التعبير الجيني لجميع الجينات المختبرة، بما في ذلك crucifer in three copper transport protein one و redox responsive transcription factor one؛ تشير الأشرطة إلى الخطأ المعياري، وتشير النجمات إلى وجود فروق ذات دلالة إحصائية بين النباتات التي تعرضت لظروف GMF معكوسة وعادية.

لم يؤدِ عكس المجال المغناطيسي الأرضي (GMF) إلى حدوث تغييرات ذات دلالة إحصائية في التعبير الجيني في المجموع الخضري. ومع ذلك، لوحظ انخفاض حاد في التعبير الجيني في جذور النباتات النامية. وتحت ظروف عكس المجال المغناطيسي الأرضي، شملت هذه الجينات thal، وaate peroxidase، وaate peroxidase، وأحد جينات iron superoxide dismutase، وأحد جينات N-A-D-P-H، وrespiratory burst oxidase، وprotein، وcatalyst three.

بمجرد إتقان هذه التقنية، يمكن تنفيذها في غضون دقائق أو أيام، وذلك وفقاً للتجربة المطلوبة إذا تم إجراؤها بشكل صحيح. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن تتكون لديك فكرة جيدة عن كيفية عكس أو تغيير المجال المغناطيسي الأرضي وإجراء دراسات مورفولوجية وجينية على النباتات المعرضة لذلك. أثناء محاولة تنفيذ هذا الإجراء، من المهم إزالة أي مصادر للمجال المغناطيسي من المنطقة المحاطة بملفات الخوذة.

من المهم ألا تسبب ملفات الخوذة ومولداتها أي حرارة أو اهتزازات. ويجب أن يكون الباحث مُعْمى عن حالة التعرض للمجال المغناطيسي حتى يتم تسجيل البيانات النهائية. لقد مكنت هذه التقنية الباحثين في مجال الاستقبال المغناطيسي من استكشاف تأثير المجالات المغناطيسية على تطور النباتات، وسلوك الحيوانات، والملاحة، وعلى الخطوط الخلوية البشرية.

نأمل في المستقبل إجراء دراسات مماثلة في بيئة الجاذبية الصغرى من أجل تقييم كيفية تأثير تغيير المجال المغناطيسي في ظروف الفضاء على نمو النبات. لا يُعتقد أن العمل مع الأنظمة التي تولد مجالات مغناطيسية ضعيفة يشكل خطورة. ومع ذلك، يجب اتخاذ الاحتياطات العادية وطلب المشورة من كهربائي مختص قبل التعامل مع معدات مثل وحدات تزويد الطاقة الخاصة بأزواج ملفات helmholtz.