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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Wir präsentieren eine Methodik zur Quantifizierung des Stärkegehalts in den Eierstock Primordia in Süßkirsche (Prunus Avium L.) während der Winterruhe, mithilfe einer Bild-Analyse-System mit histochemische Techniken kombiniert.
Veränderungen in Stärke in kleinen Strukturen sind verbunden mit wichtigen Ereignissen während mehreren Pflanze Entwicklungsprozesse, einschließlich der reproduktiven Phase von der Bestäubung zur Befruchtung und das Einsetzen der Fruchtkörper. Jedoch sind Abweichungen in der Stärke während der Blüte Differenzierung nicht vollständig, vor allem auf die Schwierigkeiten bei der Quantifizierung des Stärkegehalts in den besonders kleinen Strukturen der Blume Primordia bekannt. Hier beschreiben wir eine Methode zur Quantifizierung der Stärke in den Eierstock Primordia der Süßkirsche (Prunus Avium L.) mithilfe einer Bildanalysesystem angeschlossen an das Mikroskop, wodurch im Zusammenhang mit den Veränderungen im Stärkegehalt mit den verschiedenen Phasen der Vegetationsruhe vom Herbst bis zum Frühling. Zu diesem Zweck wird die Dormanz Blütenknospen Statusermittlung durch die Auswertung der Knospe Wachstum der Triebe, die zu verschiedenen Zeitpunkten in der Winterzeit in kontrollierten Bedingungen übertragen. Für die Quantifizierung der Stärke in den Eierstock Primordia Blütenknospen sind sequentiell gesammelt, fixiert, eingebettet in Paraffinwachs, geschnitten und gefärbt mit I2Kl (Kaliumjodid-Jod). Die Vorbereitungen sind unter dem Mikroskop beobachtet und analysiert, indem ein Bild-Analysator, der Stärke deutlich vom Hintergrund unterscheidet. Inhaltswerte Stärke erhält man durch Messung der optischen Dichte des Bildes, die die gefärbten Stärke entspricht, unter Berücksichtigung der sich aus der optischen Dichte der einzelnen Pixel als eine Schätzung des Stärkegehalts des Rahmens studierte.
Gemäßigte waldige Stauden passen sich den Jahreszeiten durch die Modulation, ihr Wachstum und ihre Entwicklung. Während sie im Frühling und Sommer zu entwickeln, aufhören sie zu wachsen im Herbst, im Winter1schlafend gehen. Obwohl Dormanz bei niedrigen Temperaturen im Winter überleben kann, ist chillen Voraussetzung für eine ordnungsgemäße Knospenaustrieb im Frühjahr2. Die wichtigen Implikationen der Vegetationsruhe in gemäßigten Obstproduktion und Forstwirtschaft führten zu vielfältigen Bemühungen zu bestimmen und Vorhersage der Dormanz Periode3. In Obst-Baum-Spezies, empirischer Experimente Übertragung Triebe zu zwingen, Bedingungen und statistische Vorhersagen basierend auf Daten der Blüte sind aktuelle Ansätze feststellen, das Datum für das Brechen der Keimruhe, wodurch Forscher schätzen die Chillen Anforderungen für jede Sorte. So erkennen Sie die Dormanz Status basierend auf biologische Prozesse bleibt jedoch unklar3.
Blüte im gemäßigten Obstbäume wie Süßkirsche (Prunus Avium L.), tritt einmal im Jahr und dauert etwa zwei Wochen. Allerdings beginnen Blumen zu differenzieren und rund 10 Monate früher, während der vergangenen Sommer4zu entwickeln. Blume Primordia aufhören zu wachsen im Herbst ruhend innerhalb der Knospen im Winter zu bleiben. In dieser Zeit muss jeder Sorte eine besondere kühle Voraussetzung für richtige Blüte4ansammeln. Trotz des Fehlens der phänologischen Veränderungen in den Knospen im Winter Blume Primordia sind physiologisch aktiv während der Vegetationsruhe und die Anhäufung von kühlen Temperaturen wurde vor kurzem assoziiert mit der Dynamik der Stärke Anhäufung oder verringern innerhalb der Zellen von der Eierstock Primordium bietet einen neuen Ansatz für Dormanz Bestimmung5. Die geringe Größe und die Position des Eierstocks Primordium erfordern jedoch eine spezielle Methodik.
Stärke ist das große Speicher-Kohlenhydrat im Gehölz Arten6. So haben Veränderungen in Stärke auf die physiologische Aktivität der Blume Gewebe, die brauchen Kohlenhydrate zur Unterstützung ihrer Entwicklung7,8in Verbindung gebracht. Andere wichtige Ereignisse während der reproduktiven Prozesses beziehen sich auch auf Variationen in Stärkegehalt in verschiedenen floralen Strukturen, z. B. Anthere Meiose9, das Wachstum der Pollenschläuche durch den Stil oder Ovulum Befruchtung10. Histochemische Techniken ermöglichen die Erkennung von Stärke in jedem bestimmten Gewebe Blume Primordia während der Vegetationsruhe. Allerdings bleibt die Schwierigkeit bei der Quantifizierung dieser Stärke, im Anschluss an ihre Muster der Akkumulation/Abnahme über die Zeit oder die Stärke zu vergleichen zwischen Gewebe, Sorten oder Jahre Inhalte zulassen. Dies ist aufgrund der kleinen Menge an Gewebe für die analytische Techniken11zur Verfügung. Als Alternative ermöglicht Bildanalyse, Mikroskopie12 verbunden die Quantifizierung der Stärke in sehr kleine Proben von pflanzlichen Gewebe13.
Ansätze, die Kombination von Mikroskopie und Bildanalyse wurden zur quantifizieren des Inhalts der verschiedenen Komponenten in pflanzlichen Geweben, wie Kallose14, Mikroröhrchen15, oder16, durch Messung der Größe des Bereichs gefärbt durch spezifische Stärke Flecken. Für Stärke, kann leicht erkannt werden mit Kaliumiodid-Jod (ich2KI) Reaktion17. Diese Methode ist sehr spezifisch; Ich2KI Plasmamembrane innerhalb der laminaren Struktur der Stärke Körner und bildet eine dunkle blaue oder rötlich-braune Farbe, abhängig von der Amylosegehalt Stärke18. Abschnitte mit ich befleckt2KI Fleck zeigen ausreichenden Kontrast zwischen Stärke und dem Hintergrund Gewebe, so dass eine eindeutige Stärke-Erkennung und der anschließenden Quantifizierung durch die Bild-Analyse-System19. Obwohl dieser Farbstoff nicht stöchiometrischen ist, ist die Anhäufung von Jod proportional zur Länge des Stärke-Moleküls, die17stark variieren kann. So kann die Größe des verschmutzten Bereich ausgedrückt als die Anzahl der Pixel nicht genau den Inhalt der Stärke, da hohe Unterschiede im Stärkegehalt zwischen Feldern mit gefärbten Bereiche ähnlicher Größe gefunden werden konnte. Als Alternative kann der Stärkegehalt ausgewertet werden durch die Messung der optischen Dichte der gefärbten Körnchen auf schwarz / weiß Bilder von dem Mikroskop ausgewiesen in verschiedenen Geweben in Apricot8,13 , 19, Avocado10,20und Olive21.
Hier beschreiben wir eine Methodik, die die experimentelle Bestimmung der Dormanz Status mit der Quantifizierung der Stärkegehalt in Primordium Eierstockgewebe vom Herbst kombiniert bis zum Frühling in süßen Kirschen, bietet ein neues Tool für das Verständnis und die Vorhersage der Vegetationsruhe basierend auf der Studie der biologischen Mechanismen im Zusammenhang mit Keimruhe.
(1) Dormanz Entschlossenheit und Pflanze Materialkollektion
2. technische Anlagen Vorbereitung des Materials für die Quantifizierung der Stärke
3. Quantifizierung des Stärkegehalts
Dormanz Studien erfordern die Festlegung des Zeitpunkts, wann die abschreckenden Voraussetzungen erfüllt sind. Trotz des Fehlens der phänologischen Veränderungen während des Winters unter Feldbedingungen (Abbildung 1A) wiederherstellen Kirschbäume nicht die Kapazität des Wachstums unter geeigneten Bedingungen, bis sie einen bestimmten Zeitraum unter niedrigen Temperaturen passieren. Die regelmäßige Übertragung der Triebe zu einer kontrollierten Bedingungen Kammer (Abbildung 1 b) während der Winterzeit erlaubt die Beurteilung des Zustands der Blütenknospen Dormanz. Die Auswertung der Blütenknospe Wachstum erfolgte durch die Zunahme der Knospe Gewicht zu messen. Während während der Vegetationsruhe, keine Änderungen konnte nach 10 Tagen geeigneter Rahmenbedingungen (Abbildung 1), beobachtet werden sobald Keimruhe überwunden war, die Knospen schwollen und platzen in der Wachstums-Kammer (Abbildung 1). Die Ergebnisse dieser Analyse erlaubt den Dormanz Status der Knospen hergestellt werden. Durch die unterschiedlichen Temperaturen im Winter auftreten wurde Dormanz zu unterschiedlichen Terminen, je nach Jahr überwinden. Während im ersten Jahr der Studie, das Brechen der Keimruhe ereignete sich im Januar, im zweite Jahr einen milderen Winter vorgestellt; So trat die abschreckende Erfüllung etwa drei Wochen nach, im Februar.
Süßkirsche trägt Blütenknospen in Sporen, wo die apikale Knospe ist eine vegetative Knospe und die seitlichen Knospen sind Blütenknospen (Abbildung 1 und 1 D). Undifferenzierte Knospen begann in Blume oder vegetativen Knospen am Ende des Sommers zu unterscheiden, und beim Betreten der Vegetationsruhe im Winter mehrere Blume Primordia bleiben im Inneren der Knospe, von zahlreichen grünen Schuppen geschützt und von braunen äußeren Skalen (abgedeckt Abbildung 1 und Abbildung 2A). Die Zerlegung der Blütenknospe zeigte die kleine Blume Primordia innen (Abbildung 2A). Jede Knospe enthalten ein bis fünf einzelne Blume Primordia (Abb. 2 b). Trotz der geringen Größe der einzelnen Blume Primordium, alle Teile einer Blume unterscheiden und können unterschieden werden: der Stempel, die Staubbeutel, die Blütenblätter und die Kelchblätter (Abbildung 2). Die Verwendung von histochemische Techniken (Alkohol: Essigsäure [3:1] Fixierung, Paraffin Wachs einbetten, Mikrotom schneiden und jodhaltiges Stärke Färbung) erlaubt die Verteilung der Stärke innerhalb der Blume Primordium Gewebe (Abb. 2D einzuhalten ).
Stärke in den Eierstock Primordium wurde in den einzelnen Abschnitten quantifiziert. Vier Maßnahmen von 1337 µm2, bei 40 X Vergrößerung, vertreten die allgemeine Anordnung der Stärke in der Süßkirsche Eierstock Primordium (Abb. 3A). Stärkekörner waren deutlich vom Hintergrund unterscheiden, nachdem ich2KI Färbung (Abb. 3 b). Die Stärke wurde durch die Bild-Analyse-System identifiziert, durch Anpassen der Farbe bedeckte Schwellen von rot, grün und blau bis alle Stärkekörner beobachtet durch das binäre Bild vom System anhand der definierten Farbe Parameter (Abbildung 3) erstellt wurden. Die Werte der Stärkegehalt gewonnen waren das Ergebnis der Maßnahme von der optischen Dichte der jedes Pixel unter der Maske auf die schwarz / weiß Bild (Abbildung 3D).
Die Quantifizierung der Stärke offenbart ein einheitliches Muster von Stärke dynamisch während des Winters (Abbildung 4). Konsequent, präsentiert die Menge der Stärke im Frühwinter einen optische Dichte-Wert von weniger als 40.0003, während die maximale Anzahl einen Wert zwischen 120.000 und 140.000 in beiden Jahren erreicht. Während im Januar während des ersten Jahres (Abb. 4A) der Maximalwert erreicht wurde, kam es im Februar im zweiten Jahr (Abbildung 4 b). Gegenüberstellung dieser Ergebnisse mit den Teint der Keimruhe, ist die maximale Menge an Stärke damit auch mit der Kühlung Erfüllung in beiden Jahren aufgetreten.
Dieser Ansatz erfordert die Festlegung des Status Dormanz (Abb. 5A) begleitend mit der Stärke Quantifizierung auf Eierstockgewebe (Abb. 5 b) um die Änderungen in der Stärkegehalt in Bezug auf die Keimruhe zu gestalten.

Abbildung 1: Versuchsaufbau zur Bestimmung der Dormanz-Status der Blütenknospen von Süßkirsche. (A) Zweige, im Winter zeigen die schlafenden Knospen geschlossen und durch dunkle braune Schuppen bedeckt. (B) dieses Panel zeigt Triebe auf Wachstum Kammer übertragen. Mitte Januar geschlossen, einige Sorten blieb ruhend mit den Knospen noch (weißen Pfeil), während andere in der Lage waren zu wachsen, schwoll an Knospen (schwarzer Pfeil) zeigt. (C) dieses Panel zeigt einen Ausschnitt aus einem Shooting mit ruhenden Blütenknospen befindet sich seitlich und einer einzigen vegetativen Knospe befindet sich in der apikalen Position in den Sporn. (D) dieses Panel zeigt ein Detail eines Triebes sobald Keimruhe überwunden wurde, nach 10 Tagen in der wachsenden Kammer Knospe Schwellung. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 2: Vorbereitung des Materials für die Quantifizierung der Stärke zu Pflanzen. (A) dieses Panel zeigt ein transversaler Teil eine Blütenknospe zeigt zwei Blume Primordia (fp) durch zahlreiche Skalen (sc) geschützt. (B) drei Blume Primordia (fp) versammeln sich in eine Blütenknospe. (C) dieses Panel zeigt einen transversalen Teil einer Blume Primordium differenziert mit den Quirlen: Kelchblätter (Se), Blütenblätter (Pe), Antheren (ein) und Stempel (Pi). Der Eierstock Primordium zeichnet sich an der Basis des Stempels (Pfeil). (D) ein Mittelteil eine Blume Primordium wurde gesammelt und fest im Januar, eingebettet in Paraffin Wachs geschnitten und gefärbt mit I2KI (dunkelbraun) für Stärke. Dieses Fenster zeigt den Eierstock Primordium (Pfeil). Der Maßstabsbalken sind Seitenteile A und B 500 µm und 200 µm in Platten C und D. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 3: Stärke-Quantifizierung in Süßkirsche Eierstock Primordium. (A) dieses Panel zeigt einen Mittelteil ein Eierstock Primordium gebeizt mit I2KI, zeigen die vier Frames in welcher Stärke Inhalt gemessen wurde. (B) dieses Panel zeigt einen Ausschnitt aus dem Eierstock Primordium. Die Stärkekörner sind in dunkelbraun gefärbt. (C) dieses Panel zeigt verschiedene Schattierungen von Blau ein Pseudofarben Bild in welcher Stärke entspricht. (D) dieses Panel zeigt eine binäres Bild-Maske für ich2KI-gefärbten Stärke im schwarzen und weißen Originalbild (blau). Die optische Dichte wird nur in den Pixeln des ursprünglichen Bildes bedeckt durch die Maske gemessen. Die Skala-Bars sind in zentrale A 100 µm und 20 µm in B - D-Panels. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 4: repräsentative Ergebnisse für die Quantifizierung der Stärke in Süßkirsche Eierstock Primordia gesammelt monatlich vom Herbst bis zum Frühjahr in zwei Jahren von verschiedenen Winter Temperaturbedingungen. (A) dieses Panel zeigt die Ergebnisse aus den Jahren 2010-2011, die einen kalten Winter hatten. Die schaurige Erfüllung (Schneeflocke) ereignete sich im Januar, damit auch mit der maximalen Stärke. (B) dieses Panel zeigt die Ergebnisse aus den Jahren 2011-2012, die einen milden Winter hatten. Die schaurige Erfüllung (Schneeflocke) ereignete sich im Februar, damit auch die maximale Menge an Stärke. Die Werte sind der Mittelwert ± Standardfehler des Mittelwerts. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 5: Schema der Versuchsanordnung zur Beurteilung des Zustands der Dormanz der Knospen und die Quantifizierung der Stärke in den Eierstock Primordia in Süßkirsche. (A) dieses Panel zeigt die Workflows der Dormanz Statusermittlung: die Pflanze Materialvorbereitung, den Prozess und die Ergebnisse. (B) dieses Panel zeigt die Workflows für die Quantifizierung der Stärke: die histochemische Vorbereitung eine mikroskopische Beobachtung der Stärke, die Bild-Analyse-Erkennung von Stärke und die Stärke Quantifizierung der Knospen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Die Autoren haben nichts preisgeben.
Wir präsentieren eine Methodik zur Quantifizierung des Stärkegehalts in den Eierstock Primordia in Süßkirsche (Prunus Avium L.) während der Winterruhe, mithilfe einer Bild-Analyse-System mit histochemische Techniken kombiniert.
Die Autoren danken dankbar Maria Herrero und Eliseo Rivas für ihre hilfreiche Diskussion und Beratung. Diese Arbeit wurde unterstützt durch das Ministerio de Economía y Competitividad – europäischer Fonds für regionale Entwicklung, Europäische Union [Grant-Nummer BES-2010-037992, E. F.]; Das Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria [Grant-Nummern RFP2015-00015-00, RTA2014-00085-00, RTA2017-00003-00]; und des Gobierno de Aragón – Europäische Sozialfonds, Europäische Union [Grupo Consolidado A12-17R].
| Präzisionswaage | Sartorius | CP225D | |
| Stereoskopisches Mikroskop | Leica Microsystems | MZ-16 | |
| Trockenofen | Memmert | U15 | |
| Paraffin-Einbettstation | Leica Microsystems | EG1140H | |
| Rotatorisches Mikrotom | Reichert-Jung | 1130/Biocut | |
| Mikrotom-Klinge | Feather | S35 | |
| Edelstahl Hellfeldmikroskop | Leica Microsystems | DM2500 | |
| Digitalkamera | Leica Microsystems | DC-300 | |
| Bildanalysesystem | Leica Microsystems | Quantiment Q550 |