Histochemische Analyse resistenter und anfälliger Baumwoll-Genotypen
Die histochemische Untersuchung von Querschnitten der Wurzel und der Sprossachse im Stadium der echten Blätter zeigte sichtbare Unterschiede zwischen resistenten und anfälligen Genotypen, wie in Abbildung 4, Abbildung 5 und Abbildung S1 (Querschnitte der Sprossachse) dargestellt. Höhere Vergrößerungen (100x–300x) ermöglichten detaillierte Einblicke in diese Unterschiede (Abbildung 4A–C und Abbildung 5A–C für resistente Genotypen sowie Abbildung 4D–F und Abbildung 5D–F für anfällige Genotypen). Die Ligninfärbemuster unterschieden sich je nach Gewebetyp: Resistente Genotypen wiesen in den Sprossachsen geringere oder ähnliche Ligninfärbemuster auf, während anfällige Genotypen visuell eine relativ stärkere Verholzung der Sprossachse zeigten (Abbildung S1A–D).
Quantitative Bildanalyse der Ligninfärbung
Deltapine 16, eine in dieser Studie enthaltene anfällige Kultursorte, wies eine geringere Ligninfärbung auf (Abbildung 6A–C) mit Werten des prozentualen gefärbten Flächenanteils von 12, 17,8 und 16,3 (Abbildung 6D). Der anfällige Genotyp A2-40 wies prozentuale Werte des gefärbten Flächenanteils von 25,2, 19,9 und 28,75 auf, während der resistente Genotyp A2-995 Werte von 54,95, 58,71 und 69,85 zeigte (Abbildung 7). A2-20 hingegen wies prozentuale Werte des gefärbten Flächenanteils von 16,6, 21,3 und 20,4 auf, während A2-514 Werte von 49,8, 34,1 und 43,38 zeigte (Abbildung 8). Der Vergleich ergab einen p-Wert von 0,06. Da diese Werte mithilfe unterschiedlicher Schwellenwerte ermittelt wurden, wurde eine Analyse mit einheitlichen Schwellenwerten in ImageJ unter Verwendung identischer Farbton-, Sättigungs- und Helligkeitsschwellen durchgeführt, um die Reproduzierbarkeit zwischen den Wiederholungen sicherzustellen. Der resistente Genotyp (A2-514) zeigte eine relativ stärkere Färbung als der anfällige Genotyp (A2-20). Der prozentuale gefärbte Flächenanteil wurde als Verhältnis von ligninpositiven Pixeln zur Gesamtanzahl der Gewebepixel im Schnitt berechnet. Der quantitative Vergleich mit einheitlichen Schwellenwerten zwischen dem anfälligen Genotyp A2-20 und dem resistenten Genotyp A2-514 ist in Abbildung 9 dargestellt. Insgesamt zeigt die Analyse mit einheitlichen Schwellenwerten, dass genotypspezifische Unterschiede in der Lignifizierung zwischen diesen Genotypen bestehen.
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Abbildung 1: Mikroskopische Ansicht von Rädchenwürmern, die an Baumwollwurzeln saugen. Rädchenwürmer, die an Baumwollwurzeln saugen, sind nach Anfärbung mit roter Lebensmittelfarbe bei 50facher Vergrößerung dargestellt. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 2: Vorbereitung des Pflanzenmaterials für die histochemische Ligninanalyse. Der Arbeitsablauf umfasst die folgenden Schritte: (1) Baumwollsamen in Wasser einweichen; (2) die Samen auf feuchte Papiertücher in einer beschrifteten sterilen Petrischale platzieren; (3) die Samen zwei Tage keimen lassen und die Keimlinge anschließend in beschriftete Töpfe mit Erde überführen; (4) die Keimlinge bis zum Kotyledonenstadium wachsen lassen; (5) das Pflanzenwachstum bis zum Stadium der echten Blätter fortsetzen und Querschnitte der Stängel und Wurzeln anfertigen; sowie (6) die gesammelten Gewebeschnitte färben und unter dem Mikroskop untersuchen. Klicken Sie bitte hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 3: Sammeln und Färben von Baumwollwurzel- und Stängelquerschnitten mit Phloroglucinol-HCl. Der Arbeitsablauf umfasst die folgenden Schritte: (1) drei biologische Wiederholungen bis zum Stadium der echten Blätter heranziehen; (2) die Pflanzen vorsichtig aus dem Boden entfernen, mit Wasser waschen und für die Schnittführung vorbereiten; (3) mit einem sterilen Messer transversale Stängelquerschnitte anfertigen; (4) mit einem sterilen Messer transversale Wurzelquerschnitte anfertigen; (5) die Stängelquerschnitte mit 3 % Phloroglucinol-HCl färben, mit Wasser abspülen und unter dem Mikroskop untersuchen; (6) die Wurzelquerschnitte mit 3 % Phloroglucinol-HCl färben, mit Wasser abspülen und unter dem Mikroskop untersuchen; und (7) die gefärbten Schnitte unter dem Mikroskop untersuchen, um Unterschiede in der Phloroglucinol-Färbung sichtbar zu machen, und Bilder aufnehmen. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 4: Lignin-Färbung in transversalen Wurzelschnitten der Baumwoll-Genotypen A2-514 und A2-20. Transversale Wurzelschnitte des resistenten Genotyps A2-514 nach Ligninfärbung bei (A) 100x, (B) 200x und (C) 300x Vergrößerung. Transversale Wurzelschnitte des anfälligen Genotyps A2–20 nach Ligninfärbung bei (D) 100x, (E) 200x und (F) 300x Vergrößerung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 5: Ligninfärbung in transversalen Wurzelschnitten der Baumwoll-Genotypen A2-995 und A2-40. Transversale Wurzelschnitte des resistenten Genotyps A2-995 mit Ligninfärbung bei (A) 100facher, (B) 200facher und (C) 300facher Vergrößerung. Transversale Wurzelschnitte des anfälligen Genotyps A2-40 mit Ligninfärbung bei (D) 100facher, (E) 200facher und (F) 300facher Vergrößerung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 6: Ligninfärbung und quantitative Analyse transversaler Wurzelquerschnitte von Deltapine 16. Mit Lignin gefärbte transversale Wurzelquerschnitte von drei biologischen Wiederholungen der anfälligen Sorte Deltapine 16 bei 100facher Vergrößerung: (A) biologische Wiederholung 1, (B) biologische Wiederholung 2 und (C) biologische Wiederholung 3. (D) Prozentsatz des gefärbten Bereichs für die drei biologischen Wiederholungen, ermittelt durch quantitative ImageJ-Analyse. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 7: Quantitative Analyse der Ligninfärbung bei den Baumwoll-Genotypen A2-40 und A2-995. Der prozentuale gefärbte Flächenanteil wurde mittels ImageJ-Analyse für drei biologische Wiederholungen des anfälligen Genotyps A2-40 und des resistenten Genotyps A2-995 bestimmt. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 8: Quantitative Analyse der Ligninfärbung bei den Baumwoll-Genotypen A2-20 und A2-514. Der prozentuale gefärbte Flächenanteil wurde mittels ImageJ-Analyse für drei biologische Replikate des anfälligen Genotyps A2-20 und des resistenten Genotyps A2-514 bestimmt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 9: Quantifizierung der Lignin-Färbung anhand einheitlicher Schwellenwerte bei den Baumwoll-Genotypen A2-20 und A2-514. Prozentsatz des gefärbten Areals im anfälligen Genotyp A2-20 und im resistenten Genotyp A2-514 nach Bildanalyse mit einheitlichem Schwellenwert. Der statistische Vergleich erfolgte mittels des Welch-t-Tests (t = −1,52, p = 0,267). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 10: Visualisierung der Ligninfärbung in verschiedenen Wurzelbereichen. Repräsentative Bilder, die die Ligninfärbung in den Wurzelreifungs-, Wurzelstreckungs- und Wurzelspitzenbereichen zeigen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.
Ergänzende Abbildung 1: Ligninfärbung in Querschnittsschnitten des Stammes resistenter und anfälliger Baumwoll-Genotypen. Mit Lignin gefärbte Querschnittsschnitte des Stammes bei 100facher Vergrößerung von (A) anfälliger A2-20, (B) resistenter A2-514, (C) anfälliger A2-40 und (D) resistenter A2-995. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.