Mit hochauflösenden Computertomographie, die dreidimensionale Struktur und Funktion pflanzlicher Gefäßsystem Visualisieren

Summary

Hochauflösung Röntgenstrahl-Computertomographie (HRCT) ist eine nicht-destruktive diagnostischen Bildgebungsverfahren, verwendet, um die Struktur und Funktion der Anlage Gefäßsystem in 3D studieren kann. Wir zeigen, wie HRCT ermöglicht Erforschung der Xylem Netzwerke über eine breite Palette von pflanzlichen Geweben und Arten.

Abstract

Hochauflösende Röntgen-Computertomographie (HRCT) ist eine nicht-destruktive diagnostischen Bildgebung mit sub-Mikrometer-Auflösungsvermögen, die jetzt verwendet wird, um die Struktur und Funktion pflanzlicher Xylem Netzwerk in drei Dimensionen (3D) zu bewerten (z. B. Brodersen et al . 2010; 2011; 2012a, b). HRCT Imaging basiert auf den gleichen Prinzipien wie medizinische CT-Systeme, sondern auch eine hohe Intensität Synchrotron Röntgenquelle führt zu einer höheren räumlichen Auflösung auf und sank Bildaufnahmezeit. Hier zeigen wir im Detail, wie Synchrotron-HRCT (durchgeführt an der Advanced Light Source-LBNL Berkeley, CA, USA) in Kombination mit Avizo Software (VSG Inc., Burlington, MA, USA) verwendet wird, um Pflanzen Xylem zu erforschen, herausgeschnittene Gewebe und lebenden Pflanzen. Diese neue Imaging-Tool ermöglicht es Benutzern, über die traditionellen statischen 2D-Licht oder Elektronenstrahlen Aufnahmen und Studium Proben mittels virtueller serieller Schnitte in jeder Ebene zu bewegen. Eine unendliche Anzahl von Scheiben in jeder Orientierung ceine an der gleichen Probe, ein Feature, das physisch unmöglich ist mit herkömmlichen Mikroskopie-Methoden hergestellt werden.

Die Ergebnisse zeigen, dass HRCT sowohl krautige und holzige Pflanzen, und eine Reihe von Pflanzenteilen (dh Blätter, Blattstiele, Stängel, Stämme, Wurzeln) angewendet werden können. Hier präsentierten Zahlen dazu beitragen, sowohl eine Reihe von repräsentativen Anlage Gefäßanatomie und die Art der Ausschnitt aus HRCT Datensätzen, einschließlich Scans für Küstenmammutbaum (Sequoia sempervirens), Walnuss (Juglans spp.), Eiche (Quercus spp.) Und Ahorn extrahiert ( Acer spp.) Baumverjüngung die Sonnenblumen (Helianthus annuus), Weinreben (Vitis spp.) und Farnen (Pteridium aquilinum und Woodwardia fimbriata). Herausgeschnitten und getrocknet Proben von Gehölzen sind am einfachsten zu scannen und liefern typischerweise die besten Bilder. Allerdings haben die jüngsten Verbesserungen (dh schnellere Scans und Probenstabilisierung) machte es möglIVK diese Visualisierungstechnik auf grünem Gewebe (zB Blattstiele) und lebende Pflanzen verwenden. Anlässlich gewisse Schrumpfung des hydratisierten grünen Pflanzengewebe verursachen Bilder verschwimmen und Methoden zur Vermeidung dieser Probleme beschrieben werden. Diese jüngsten Fortschritte mit HRCT bieten vielversprechende neue Einblicke in Werk vaskuläre Funktion.

Introduction

Ein Netzwerk von miteinander verbundenen Leitungen, Fasern und Wohnen, metabolisch aktiven Zellen - Wasser wird aus pflanzlichen Wurzeln bis zu den Blättern in einer vaskulären Gewebe genannt Xylem transportiert. Transportfunktion pflanzlichen Xylem muß beibehalten werden, um Nährstoffe und Wasser, um Blätter für die Photosynthese, Wachstum, Überleben und letztlich zu liefern. Wassertransport in Xylem Leitungen können unterbrochen, wenn das Xylem Netzwerk durch pathogene Organismen beeinträchtigt wird. In Reaktion auf eine solche Infektionen Pflanzen produzieren häufig Gele, Zahnfleisch und Tylosen als Mittel zur Pathogenverbreitung Isolat (z. B. McElrone et....

Protocol

Protokoll Details beschrieben wurden speziell für die Arbeit an der Advanced Light Source 8.3.2 Beamline geschrieben. Anpassungen können für die Arbeit an anderen Synchrotron-Anlagen erforderlich sein. Proper Sicherheit und Strahlenschutz Ausbildung ist für den Einsatz dieser Einrichtungen erforderlich.

Ein. Probenvorbereitung für lebende Pflanzen

1. Pflanzen wachsen in ~ 10 cm Durchmesser Töpfe, und sicherzustellen, dass der Haupttrieb (oder eines Teils der Pflanze zu scannenden) wie sie möglichst senkrecht ausgerichtet und im Topf zentriert. Die physikalischen Abmessungen der HRCT Instrument hutch an der Advanced Light Source Gr....

Results

Synchotron HRCT-Scans wurden erfolgreich auf einer Vielzahl von pflanzlichen Geweben und Arten mit Beamline 8.3.2 (Abbildung 5) umgesetzt und zur Verfügung gestellt haben neue Einblicke in die Struktur und Funktion pflanzlicher Xylem in bisher unerreichter Auflösung in 3D. Die Visualisierung und Exploration Fähigkeiten, die von der 3D-Rekonstruktionen (wie in den Figuren 6-8 dargestellt, und Filme 1-3) vorgesehen ermöglichen eine präzise Bestimmung der Position und Ausrichtung der Struk.......

Discussion

Synchotron HRCT bietet Pflanzenbiologen mit einem starken, nicht-destruktive Werkzeug, um das Innenleben der Anlage Gefäßsystem in unglaublichen Details zu erforschen. Diese Konnektivität drastisch verändern kann die Fähigkeit der vaskulären Krankheitserreger und Embolien zu verbreiten - Diese Technologie wurde vor kurzem um bisher nicht beschriebene anatomischen Strukturen in grapevine Xylem, die unterschiedlich verändern Xylem Netzwerkverbindung in verschiedenen Weinspezies (. Brodersen et al 2012b, .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Siehe die oben aufgeführten Einzelheiten bezüglich der Ausrüstung an der Beamline der Advanced Light Source 8.3.2