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 einbezogene anfällige Kultursorte, wies eine geringere Ligninfärbung auf (Abbildung 6A–C) mit Werten des prozentualen gefärbten Bereichs von 12, 17,8 und 16,3 (Abbildung 6D). Der anfällige Genotyp A2-40 wies prozentuale Werte des gefärbten Bereichs 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 Bereichs 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 Hue-, Sättigungs- und Helligkeitsschwellen durchgeführt, um die Reproduzierbarkeit über die Wiederholungen hinweg sicherzustellen. Der resistente Genotyp (A2-514) zeigte eine relativ stärkere Färbung als der anfällige Genotyp (A2-20). Der prozentuale gefärbte Bereich 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 Nierenrundwürmern, die an Baumwurzeln fressen. Nierenrundwürmer, die an Baumwurzeln fressen, sind nach Anfärbung mit roter Lebensmittelfarbe bei 50facher Vergrößerung dargestellt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 2: Vorbereitung des Pflanzenmaterials für die histochenische Lignin-Analyse. 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 umsetzen; (4) die Keimlinge bis zum Kotyledonenstadium heranziehen; (5) die Pflanzen weiter bis zum Stadium der echten Blätter wachsen lassen und Querschnitte der Stängel und Wurzeln anfertigen; und (6) die gesammelten Gewebeschnitte färben und unter dem Mikroskop untersuchen. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Ansicht dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 3: Sammlung und Färbung von Baumwollwurzel- und Stängelschnitten mit Phloroglucinol-HCl. Der Arbeitsablauf umfasst die folgenden Schritte: (1) drei biologische Wiederholungen bis zum Echten-Blatt-Stadium heranziehen; (2) die Pflanzen vorsichtig aus dem Boden entfernen, mit Wasser abwaschen und für die Schnittpräparation vorbereiten; (3) mit einem sterilen Messer Querschnittsschnitte des Stängels anfertigen; (4) mit einem sterilen Messer Querschnittsschnitte der Wurzel anfertigen; (5) die Stängelschnitte mit 3 % Phloroglucinol-HCl einfärben, mit Wasser abspülen und unter dem Mikroskop untersuchen; (6) die Wurzelschnitte mit 3 % Phloroglucinol-HCl einfärben, 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. Klicken Sie bitte hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 4: Anfärbung von Lignin in Querschnittswurzeln der Baumwoll-Genotypen A2-514 und A2-20. Mit Lignin angefärbte Querschnittswurzeln des resistenten Genotyps A2-514 bei (A) 100facher, (B) 200facher und (C) 300facher Vergrößerung. Mit Lignin angefärbte Querschnittswurzeln des anfälligen Genotyps A2–20 bei (D) 100facher, (E) 200facher und (F) 300facher Vergrößerung. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Darstellung dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 5: Färbung von Lignin in Querschnittswurzeln der Baumwoll-Genotypen A2-995 und A2-40. Mit Lignin gefärbte Querschnittswurzeln des resistenten Genotyps A2-995 bei (A) 100facher, (B) 200facher und (C) 300facher Vergrößerung. Mit Lignin gefärbte Querschnittswurzeln des anfälligen Genotyps A2-40 bei (D) 100facher, (E) 200facher und (F) 300facher Vergrößerung. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Ansicht dieser Abbildung einzusehen.

Abbildung 6: Anfärbung von Lignin und quantitative Analyse von Querschnittsproben der Wurzel von Deltapine 16. Mit Lignin angefärbte Querschnittsproben der Wurzel von drei biologischen Wiederholungen des empfänglichen Kultivars Deltapine 16 bei 100facher Vergrößerung: (A) biologische Wiederholung 1, (B) biologische Wiederholung 2 und (C) biologische Wiederholung 3. (D) Prozentsatz des angefärbten Bereichs für die drei biologischen Wiederholungen, ermittelt durch quantitative Bildanalyse mit ImageJ. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 7: Quantitative Analyse der Ligninfärbung in den Baumwoll-Genotypen A2-40 und A2-995. Prozentualer gefärbter Bereich, ermittelt durch ImageJ-Analyse für drei biologische Wiederholungen des empfindlichen Genotyps A2-40 und des resistenten Genotyps A2-995. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 8: Quantitative Analyse der Ligninfärbung in den Baumwoll-Genotypen A2-20 und A2-514. Der prozentuale gefärbte Bereich wurde mittels Bildanalyse mit ImageJ für drei biologische Wiederholungen des anfälligen Genotyps A2-20 und des resistenten Genotyps A2-514 bestimmt. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Darstellung dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 9: Quantifizierung der Ligninfärbung bei einheitlichem Schwellwert in den Baumwoll-Genotypen A2-20 und A2-514. Prozentsatz der gefärbten Fläche im anfälligen Genotyp A2-20 und im resistenten Genotyp A2-514 nach Bildanalyse mit einheitlichem Schwellwert. Der statistische Vergleich erfolgte mittels Welch-t-Test (t = −1,52, p = 0,267). Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 10: Visualisierung der Ligninfärbung in verschiedenen Wurzelbereichen. Repräsentative Bilder, die die Ligninfärbung in den Bereichen Wurzelreifung, Wurzelstreckung und Wurzelspitze zeigen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.
Abbildung 1, Zusatzmaterial: Anfärbung von Lignin in Querschnittsproben von Stämmen resistenter und anfälliger Baumwoll-Genotypen. Mit Lignin angefärbte Querschnittsproben von Stämmen mit 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.