تقنيات Phenotyping ميكرون-مقياس الذرة حزم وعائية استناداً إلى التصوير المقطعي بالأشعة السينية ميكروكومبوتيد
أكتوبر 9, 2018
نحن نقدم طريقة جديدة لتحسين تباين امتصاص الأشعة السينية الذرة الأنسجة مناسبة لفحص التصوير المقطعي ميكروكومبوتيد العادية. استناداً إلى صور الأشعة المقطعية، نقدم مجموعة من مهام سير العمل في تجهيز الصور لمختلف المواد الذرة لاستخراج فعالة تعمل مجهرية من حزم وعائية من الذرة.
يمكن أن يكون لهذه الطريقة الإجابة على الأسئلة السريعة في تقنيات الفينوتيوبينغ المخطط لها على نطاق ميكرون. مثل جزيئات المسح المقطعية الدقيقة، وطريقة تحليل فينوكيبيك لحزم الأوعية الدموية الذرة. وتتمثل الميزة الرئيسية لهذه التقنية في توفير طرق جديدة وفعالة لدراسة السمات الظاهرية لحزمة الأوعية الدموية من الذرة عن طريق إعداد العينات، والمسح المقطعي، وتحليل البروتوكولات.
والآثار المترتبة على هذه التقنية توسع نطاق تطبيقات المسح المقطعي المجهري العادي وغيره من علوم النباتات. يمكن تعديل هذا البروتوكول بسهولة لاستيعاب المواد النباتية الأخرى، مثل الجفاف من إجراء التجفيف. للبدء، وجمع الجذعية، ورقة، والجذر من النباتات الذرة الطازجة.
وقسّمهم إلى ثلاث مجموعات من العينات بعد ذلك ، استخدم شفرة جراحية لقطع جزء من 1 إلى 1.5 سنتيمتر من internode الجذعية الوسطى. باستخدام نفس شفرة الجراحية، وقطع قطعة 1/2 إلى اثنين سنتيمتر من العرض الأقصى للأوراق على طول الاتجاه الرأسي مع الوريد الرئيسي.
استخدم الشفرة الجراحية لقطع قطعة 1/2 سنتيمتر من الجذر الأرضي. بعد ذلك، نقع شرائح عينة في حل FAA لمدة ثلاثة أيام على الأقل. يجفف شرائح العينة لمدة 30 دقيقة في ستة تدرجات الإيثانول المتتابعة.
ثم ضع مواد النبات في سلال العينة المقابلة. نقل بسرعة سلال إلى خلية عينة من ثاني أكسيد الكربون نظام التجفيف نقطة حرجة. ضع المواد النباتية المجففة في أنبوب جهاز طرد مركزي 50 ملليلتر مع غرامين من اليود الصلب.
ثم ضع الأنابيب في غرفة واقية للضوء لمدة أربع إلى خمس ساعات. أولاً، قم بتعيين معلمات المسح المقطعي وفقاً لبروتوكول النص. ثم، تعيين نطاقات المسح وفقا لأحجام وأحجام مختلفة من المواد النباتية المستخدمة.
بعد ذلك، قم بضبط أحجام البكسل التصويري كما يلي: جهازي ميكرومتر للجذور. 6.77 ميكرومتر للسيقان. و 10 ميكرومترات للأوراق.
لإعادة بناء صور الشرائح، استخدم برنامج بناء الصور لتحويل بيانات CT الخام إلى صور شريحة CT بدقة 2K. أولاً، حدد نوع الجهاز لتهيئة خطوط أنابيب خوارزمية مختلفة في برنامج التصوير التلقائي. ثم انقر على زر معلمات الأسلوب وحدد جذع الذرة، أو ورقة الذرة، في المربع المنسدل الأول.
انقر فوق الزر إدارة البيانات، قم بتعيين دليل العمل، ثم قم باستيراد كافة صور الشرائح في الدليل. ثم حدد صورة مفردة أو متعددة الشرائح في خطوط أنابيب الصور. بعد ذلك، حدد حجم البيكسل للصورة.
اختر زر معلمات الأسلوب وأدخل حجم البيكسل للصورة في عنصر التحرير المناسب. بعد ذلك، انقر فوق الزر حساب الظاهري لاستخراج تلقائياً الصفات الظاهرية من حزم الأوعية الدموية لجميع الصور شريحة مختارة. انقر فوق الزر التحليل الإحصائي لإخراج نتائج هذه التحليلات كنص أو ملف CSV.
استيراد الصور المعاد بناؤها من جذور الذرة، وتحديد المعلمات الفضاء دقيقة. ثم استخدم أداة غاوسية العودية لتنعيم الصور، وتحسين جودة الصورة. ضبط المعلمات عتبة لإجراء تجزئة 3D من السفن metaxylem.
سيؤدي هذا إلى إنشاء تسمية ألوان موحدة لكل سفينة metaxylem متصلة. ثم، تحسين وتحديد السفن metaxylem بشكل تفاعلي باستخدام بتاي النحو المورفولوجيا، وعمليات الفيضانات. المقبل ، وإجراء تصور حجم وإعادة بناء السطح من السفن.
وأخيراً، استخدم أداة الإحصاءات قناع لحساب وقياس الصفات الظاهرية من وعاء في المستويات 2D و 3D. وباستخدام التحليل المبين في البروتوكول، تم حساب الصفات الظاهرية لحزم الأوعية الدموية في سيقان الذرة وأوراق الشجر والجذور. تم إنشاء تصور ثلاثي الأبعاد للجذور وأوعية metaxylem ، باستخدام نتائج التقسيم وإعادة الإعمار والتصورات بحجم.
بروتوكول إعداد العينة السليم يحسن بشكل كبير من المسح الضوئي التي تنبعث من نوعية الأشعة المقطعية الدقيقة لذرة الجذعية، ورقة، والجذر. مع خط أنابيب تنبعث تلقائيا لاستخراج بسرعة الصفات الظاهرية من حزم الأوعية الدموية لذرة الجذعية وأوراق. والإعداد وتنبعث منها مسح المعالجة لتحليل الصفات 3D الظاهري من حزم الأوعية الدموية لجذر الذرة.
توفر هذه التقنية طريقة عملية للتأهيل الظاهري الدقيق والسريع وتحديد حزم الأوعية الدموية الذرة.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
تقدم هذه الدراسة طريقة مبتكرة لتعزيز تباين امتصاص الأشعة السينية في أنسجة الذرة، بهدف تحسين عمليات الفحص بالتصوير المقطعي المحوسب الدقيق (micro-CT). وتدعم هذه التقنية بفعالية تحليل الحزم الوعائية في الذرة، مما يتيح تقييماً مظهرياً مفصلاً من خلال سير عمل منظم لمعالجة الصور.
المكونات الرئيسية للدراسة
مجال البحث
- علوم النبات
- تقنيات المجهر والتصوير
- التحليل المظهري
خلفية علمية
- أهمية الحزم الوعائية في الذرة
- الحاجة إلى تقنيات تصوير محسنة في التنميط الظاهري
- التطبيقات المحتملة للمسح المقطعي المحوسب الدقيق (micro-CT) المعزز
الطرق المستخدمة
- المسح بالتصوير المقطعي المحوسب الدقيق (Micro-CT)
- أنسجة نبات الذرة (الساق، الورقة، الجذر)
- سير عمل معالجة الصور
النتائج الرئيسية
- استخلاص فعال للسمات المظهرية من الحزم الوعائية لنبات الذرة
- تحسين جودة المسح ونتائج التصوير
- تطبيق ناجح للبروتوكول على أنسجة متنوعة من نبات الذرة
الاستنتاجات
- تعزز هذه الطريقة بشكل كبير من تحليل الحزم الوعائية في الذرة.
- تُظهر هذه الطريقة فائدة في تطوير منهجيات التنميط المظهري للنباتات.
الأسئلة الشائعة
الأهمية التنفيذية في الصناعة
يدعم التقدير الكمي الدقيق للتراكيب التشريحية للنبات عملية التحقق من الأهداف في التكنولوجيا الحيوية الزراعية من خلال تمكين الفحص المظهري للسمات الوعائية المرتبطة بتحمل الإجهاد والإنتاجية. وتعزز هذه الطريقة الثقة التنبؤية في مراحل الاكتشاف المبكرة عبر توفير توصيف مظهري عالي الإنتاجية وبمقياس الميكرون للحزم الوعائية في الذرة. وهذا يجعل تحليل السمات القائم على التصوير أداة قابلة للتوسع لتقليل المخاطر في تحديد المرشحات الواعدة ضمن مسارات تحسين المحاصيل.
التطبيقات الاستراتيجية في البحث والتطوير في مجال الأدوية البيولوجية
الاكتشاف المبكر والتحقق من الهدف
- القيمة العلمية: تتيح استقصاء بنية الحزم الوعائية لتوضيح السمات الوظيفية المرتبطة بنقل العناصر الغذائية والاستجابة للإجهاد.
- القيمة التشغيلية: تعمل على أتمتة استخلاص 31 سمة مظهرية للساق/الأوراق و33 سمة مظهرية للجذور، مما يقلل من تباين القياسات اليدوية.
- القيمة التنبؤية: تدعم الفحص المظهري للسمات الوعائية لتحديد الأولويات للأهداف الجينية ذات التوريث العالي والمرونة البيئية.
الفحص وتطوير المقايسة
- القيمة العلمية: توليد مقاييس وعائية معيارية ثنائية الأبعاد (2D) وثلاثية الأبعاد (3D) (الحجم، ومساحة السطح) لإجراء مقارنة قابلة للتكرار للسمات عبر الأنماط الجينية.
- القيمة التشغيلية: التكامل مع سير عمل التصوير المقطعي المحوسب الدقيق (micro-CT) لإنشاء مقاييس تصوير قابلة للتوسع للفحص المظهري عالي المحتوى.
- جاهزية المقايسة: استخراج بيانات السمات بتنسيق CSV، مما يتيح التحليل الإحصائي اللاحق والتكامل مع تعلم الآلة.
الأبحاث traslational والما قبل سريرية
- الاستمرارية الانتقالية: يربط التنميط المظهري الوعائي في مرحلة الاكتشاف بالتقييم قبل السريري لسمات كفاءة استخدام النيتروجين ومقاومة الجفاف.
- تقليل المخاطر الميكانيكية: يوضح العلاقات بين البنية والوظيفة في الحزم الوعائية لتقليل الغموض في التحقق من الأهداف.
- مواءمة المؤشرات الحيوية: تعمل مقاييس مورفولوجيا الأوعية كمؤشرات حيوية قابلة للنقل لسلامة الأوعية والتوصيل الهيدروليكي.
تكامل مسار العمل وسير العمل
تندرج هذه الطريقة ضمن سلسلة العمل الممتدة من مرحلة الاكتشاف إلى المرحلة قبل السريرية، وذلك من خلال تمكين تحليل السمات الوعائية الذي يوجه عملية اختيار الأهداف وتحسين الرصاصات في برامج التكنولوجيا الحيوية للمحاصيل.
- بيولوجيا الاكتشاف: يدعم اختبار الفرضيات الخاصة بجينات التطور الوعائي من خلال التنميط الظاهري الآلي لكثافة الحزم ومورفولوجيتها.
- الفحص: يقدم سمات وعائية كمية وقابلة للتكرار لفحص مكتبات الطفرات أو لوحات التباين الطبيعي.
- التحليلات: يوفر مخرجات إحصائية (المتوسط، والتباين، والتوزيع) للسمات الوعائية لتمكين تحليل الظروف المقارنة.
- البحث الانتقالي: يربط الأنماط الظاهرية الوعائية للساق/الأوراق/الجذور بأداء النبات ككل تحت ظروف الإجهاد.
- إعادة الاستخدام المؤسسي: يؤسس لبروتوكول تصوير قابل لإعادة الاستخدام ومطبق عبر أنواع ذوات الفلقة الواحدة لتوحيد معايير السمات الوعائية.
التأثير التشغيلي والمؤسسي
- القيمة العلمية: تزيد من الثقة التنبؤية في التحقق من صحة الأهداف عن طريق تقليل الضوضاء المظهرية من خلال الاستخلاص الآلي عالي الدقة للسمات.
- القيمة التشغيلية: توحد معايير تحضير العينات ومعلمات التصوير عبر أنسجة الساق والأوراق والجذور لضمان إمكانية تكرار النتائج على مستوى المختبر.
- القيمة الاستراتيجية: تحسن قرارات المضي قدماً أو التوقف في مسارات تحليل السمات من خلال توفير بيانات المظهر الوعائي في المراحل المبكرة مع تحديد كمي لعدم اليقين.
- التأثير على المحفظة: تمكن من المضي قدماً في الأهداف الجينية وفقاً لتقديرات مخاطر معدلة بناءً على استقرار السمات الوعائية وتقديرات التوريث.
اعتبارات التنفيذ
- يتطلب خبرة في تشريح النبات، وتشغيل التصوير المقطعي المحوسب الدقيق (micro-CT)، ومسارات تحليل الصور.
- يتطلب الوصول إلى ماسحات micro-CT ذات دقة فوكسل قابلة للتعديل (2–10 μm) وبرمجيات إعادة البناء.
- يستلزم توحيد بروتوكولات التثبيت باستخدام FAA، وإزالة الماء بالإيثانول، وتبيان اليود عبر المختبرات.
- يتطلب تكييف عتبات التجزئة لأنواع الأوعية المختلفة والأنواع الأخرى غير الذرة.
- يقتصر بفعل قيود حجم العينة في أنابيب الطرد المركزي ومدة الصبغ للأنسجة الكثيفة.
الأسئلة الشائعة حول الأدوية الحيوية
Chapters in this video
0:04
Title
0:52
Sample Preparation Protocol
2:19
Micro-CT Scanning Protocol
3:03
"Image Analysis for a Single CT Imageof a Maize Stem or Leaf"
4:06
Image Analysis Protocol for CT Image Series of a Maize Root
5:09
Results: Phenotypic Traits of Vascular Bundles in Maize Stems, Leaves, and Roots Computed
5:35
Conclusion
