2014年7月24日
我们描述了一种使用原子力显微镜 (AFM) 绘制植物组织机械特性的方法。我们专注于如何在宽场中尺度上记录植物发育过程中细胞壁发生的机械变化,使这些变化与生长和形态发生相关联。
该程序的总体目标是使用原子力显微镜绘制植物组织的机械特性。首先,通过将低熔点 aros 液滴移液到载玻片的蚀刻区域以形成薄 aros 薄膜来制备载玻片。第二步是解剖和镶嵌样品。
从茎上取下花蕾,将 marris 茎从茎上切开,然后立即将切开的茎嵌入玻璃上的薄 Agros 薄膜中。接下来滑动,加入足够的熔化镶嵌 agros 以填充 Maris 茎嵌入 Aros 薄膜时产生的裂缝。最后一步是设置原子力显微镜以进行数据采集。
最终,数据分析和测量细胞壁的表观杨氏模量可同时在亚细胞分辨率和整个组织区域生成细胞壁特性的机械图。与现有方法相比,该技术的主要优点是它可以同时以亚细胞分辨率和组织的整个区域测量细胞壁的机械特性。用于包埋样品的 Aros 培养基由 0.7% 的低熔点制备,aros 在 10% 甘露醇的水中制备。
使用坚固的金属仪器(如钻尖)在显微镜玻璃的中心蚀刻出 0.5 x 0.5 厘米的区域。滑动这会使表面粗糙,以促进 agros 的粘附,以确保 agros 介质粘附或固定在载玻片上。大约 20 微升包埋的 agros 介质的 pipeda 液滴落到载玻片的蚀刻区域。
这会产生一层薄薄的 agros。将载玻片存放在潮湿的盒子中,等待 Agros 培养基凝固来自拟南芥的样品。Ana 将用于原子力显微镜以制备分生组织样品。
用超细镊子将花芽从茎上一一拉下。重要的是要去除所有花芽,直到没有表现出续集的花蕾,称为 P one stage primor。使用剃须刀片或镊子的尖端将分生组织从茎上切开。
切口应平行于要用原子力显微镜或 FM 测量的分生组织表面区域。获得的顶点高度应在 300 微米到 600 微米之间,以免在实验过程中碎裂。立即将顶端推入先前制备的 aros 培养基的薄膜中。在载玻片或 aros 上选择一个位置并轻轻推动,使分生组织既直接与载玻片接触,又从 aros 中伸出。
agros 在施加压力时会断裂,因此 mari 茎现在将站在裂缝中。在从茎上切下之后的几秒钟内将 marit 茎放置在 aros 中至关重要。这可以防止 MA 茎干燥。
可以通过这种方式制备几个 MA 茎以进行批量成像,前提是它们具有相同的高度并且彼此之间的距离小于 500 微米。在载玻片上,将准备好的马茎保存在潮湿的盒子中,同时解剖更多样品。在进行下一步之前,使用滤纸轻轻去除分生组织和花芽之间边界处多余的水。
这是为了防止熔化的 agros 由于毛细管力而淹没样品。稍后用 20 微升移液管在足够熔化的镶样中填充之前产生的裂缝并包围每个分生组织,aros 应达到去除的花芽或初生体的疤痕水平。为此,可能需要在裂缝的每一端添加 agros。
当 agros 被添加时,它会很快涌入裂缝中。使用移液器吸出一些熔化的安装物,以确保 me 茎是载玻片上的最高点。这固定了 me 茎,使其在对根和 hypo coddles 进行成像时无法移动。
不需要解剖 agros 的薄膜。在准备好的载玻片上,使用微型镊子在玻璃的蚀刻物正上方或沿着玻璃薄片制作一个凹槽,将根或下垂物放置在该凹槽中,确保它沿其固定长度与玻璃接触。按照与 me 茎样品相同的方式在样品周围添加熔化的镶嵌 agros。
一个 JP PK 纳米向导。本演示中使用了 FM。要开始此过程,请在 A FM 上安装带有圆形契约的悬臂。半径将决定 X、Y、Z 分辨率和压痕深度,在该深度可以存档准确的测量结果。
要在表皮表面进行中观到纳米级测量,请使用 50 纳米半径的圆形契约。要进行中尺度测量,请使用 0.5 微米半径的圆形契约,要对两到三个单元进行微观测量,请使用 2.5 微米半径的圆形契约,将激光定位在悬臂的尖端。使用镜子将激光器对准捕获器的中间。
在 A FM 方法下放置一个干净的玻璃,目标设定点为 1 伏特,选择用于光谱学。通过将最大相对设定点设置为 2 伏特,将延伸速度设置为每秒 40 微米,将 Z 长度设置为 5 微米来执行压痕。从校准管理器菜单中,选择正向曲线的线性部分以适合灵敏度。
使用选择拟合范围按钮,应在 200 微升 10% 马尼醇溶液中将相对设定点从体积转换为米。在悬臂尖端下,使用镜子将激光器重新对准捕获器的中间,然后通过移动横梁,从校准管理器菜单中重新校准灵敏度。单击 unknown 按钮,选择四个光谱,然后执行压痕,如前所述。
使用选择拟合范围按钮选择正向曲线的线性部分以适合灵敏度开始此过程,将封固的样品置于 A FM 下,并将 500 微升 10% 甘醇溶液液滴添加到样品上。马尼托尔溶液在几分钟内使细胞等离子体接近目标设定点 20 纳牛顿,相对设定点为 200 纳牛顿,延伸速度为每秒 40 微米,Z 长度为 5 微米。调整相对设定点,以便获得 200 纳米安装悬臂的 100 纳米压痕或 1 微米悬臂 0.5 微米的压痕。
5 微米安装悬臂力映射模式。选择一个区域来扫描 70 x 70 微米的 mar 茎,分辨率为 64 x 64 的 hypo cos 和 100 x 100 微米的根,分辨率为 64 x 64。按 scan 启动实验,保存输出。
首先在数据分析软件中打开数据文件。然后选择 batch processing。将相同的分析应用于单个地图的所有曲线。
选择修正悬臂弯曲的高度以提取压痕深度。选择 Young 模数拟合函数。这将假设力与压痕面积成正比。
将尖端形状设置为抛物线,以假定缩进形状为抛物线。指示尖端的半径。接下来,选择用于分析的退刀曲线。
缩回曲线优于 xtend 曲线,因为它对地形不太敏感。将 poso 比率设置为 0.5。最后,按 on,分析并保存输出。
在所有实验中,典型的 A FM 年轻模块化花卉 Mars 茎、年轻和老 hypo coddles 和根 MA 茎的图谱都显示在这里。契约是半球形的,但其半径不同,因此可以实现不同的空间分辨率。这些图显示了半径为 50 纳米、压痕深度为 50 纳米的中级到纳米级压痕的典型结果。
心电图揭示了下性表皮细胞表面细胞壁的微尺度异质性。还显示了半径为 500 纳米、花分生组织和根部压痕深度为 500 纳米的中尺度压痕的典型结果。这种用于半径为 2.5 微米、压痕深度为 500 纳米的微型压痕的心电图显示,在器官启动期间,组织在任何可见生长之前都会变软。
但是,由于样品高度范围超过了 A FM 的最大 Z 范围,因此该扫描被中止。由于固定不当,实验期间样品移动会导致扫描模糊,如下所示。如本例所示,被 agros 覆盖的地区也无法正确测量。一旦掌握,如果执行得当,这项技术可以在一小时内完成。
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本文介绍了一种利用原子力显微镜(AFM)绘制植物组织机械性能的方法。该方法侧重于在宽视场介观尺度上记录植物发育过程中细胞壁的机械变化,从而实现与生长和形态发生的相关性分析。
该方法能够在亚细胞到组织尺度上实现植物组织的空间分辨力学表型分析,有助于植物源性生物生产系统中的靶点验证。通过量化发育过程中细胞壁弹性的变化,可为力学表型与生长及分化结果之间的关联提供预测依据。这有助于降低植物合成生物学和生物制造早期阶段假设的风险。
该方法通过在基于植物的生产平台上实现由假设驱动的机制性表型分析,适用于从靶点验证到先导化合物发现的研究连续体。