Name: Ökosystem-Herstellung (EcoFAB)-Protokolle für den Bau von Labor Ökosysteme entwickelt, um die Pflanze-Mikroben Interaktionen zu untersuchen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-10T13:30:00.000+00:00
Duration: 11 min 57 s
Description: Lernen Sie die standardisierte Herstellung von EcoFABs zur Untersuchung von Pflanze-Mikroben-Interaktionen im Labor. Diese Methode ermöglicht kontrollierte Experimente für nachhaltige Landwirtschaft.

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Diese Arbeit wurde unterstützt Labor leitete Forschung und Entwicklung (LDRD) Programm des Lawrence Berkeley National Laboratory unterstützt durch das Office of Science des US Department of Energy unter Vertragsnr. DE-AC02-05CH11231 und eine Auszeichnung DE-SC0014079 die US Abteilung von Energie Office of Science an der UC Berkeley. Arbeit in der molekularen Gießerei wurde unter US Abteilung von Energie Vertragsnr. unterstützt. DE-AC02-05CH11231. Wir danken auch Katherine Louie, Suzanne M. Kosina, Benjamin P. Bowen und Benjamin J. Cole am Lawrence Berkeley National Laboratory für all ihre Hilfe.

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Die Autoren haben nichts preisgeben.

Die Protokolle erzielte hier mit Ökosystem Fertigung um zu schaffen EcoFABs bietet Community-Ressourcen für systematische Anlage Studium der Biologie in hohem Grade kontrollierten Laborbedingungen. Fortschritte in der 3D-Druck bieten allgemein zugängliche Technologien für den Bau und iterativ verfeinern EcoFAB Entwürfe. Die Wurzel Kammer hier vorgestellten festgestellt wird, gut geeignet für imaging-Mikroskopie und Aufrechterhaltung der Sterilität, ermöglicht kontrollierte Zugabe von Mikroben, Pflanze-Mikroben-Interaktionen zu untersuchen. Die EcoFAB-Plattform ist kompatibel mit verschiedenen Pflanzenarten. Es ist wichtig zu erkennen, physiologische Wirkungen von Pflanzen innerhalb der schmalen Wurzel Kammer, so dass zusätzliche Experimente benötigt werden, um Erkenntnisse zu Pflanzen, die in natürlichen Umgebungen zu verallgemeinern.
Die Verwendung von sterilen Kammern und LED Grow Licht ermöglicht die Untersuchung der Auswirkungen der verschiedenen Lichtverhältnissen, einschließlich Wellenlänge, Intensität und Dauer auf Pflanzenwachstum und physiologische Parameter parallel. Reversible Bindung Wurzel Kammern ermöglichen die Verwendung von festen Substraten als auch räumlich feste Proben für Biochemische und genetische Analyse sammeln. Die Anwendungen von festen Substraten, wie Böden, Sand und Quarz Perlen, bieten die Möglichkeiten der Verwendung von EcoFABs, um ökologisch relevanten Labor Ökosysteme zu konstruieren. Jedoch verfeinern alle Systeme, die hier vorgestellten Verwendung werden gesättigte Flüssigkeit (hydroponischen Kulturen), die kein genaues Bild von den meisten Böden und es sind wichtig, weiter diese Entwürfe Lufteinschlüsse im Boden zu halten, so dass sie besser vertreten Naturböden.
Die Verwendung von einfachen Kameras und Mikroskope ist auf Bild Wurzelsystem Morphologie Entwicklung auf beide Massen auf zellulärer Ebene beschrieben. Diese Eignung für Überwachung Wurzel Morphologie Bildgebung und Quantifizierung werden wahrscheinlich hilfreich für das Verständnis der regulatorischen Mechanismen der Pflanze physiologischen und molekularen Signale ausgelöst durch Anlage genotypischen Anpassungen an Wachstumsbedingungen. Eine Einschränkung für das Studium der physiologischen WURZELENTWICKLUNG ist jedoch die aktuelle horizontale Platzierung des EcoFAB Gerätes. In natürlichen Umgebungen führt die Wurzeln gravitropischer Antwort auf eine überwiegend vertikale Entwicklung des Wurzelsystems. So, das horizontale System wahrscheinlich hier vorgestellten unterscheidet sich in einigen Faktoren aus einer natürlichen Umgebung, und die Herstellung von EcoFAB Systemen mit vertikalen Positionierung der Wurzel Kammer ist ein erstrebenswertes Ziel für zukünftige Versionen der EcoFAB. Obwohl die aktuelle EcoFAB Geräte horizontal platziert werden, ist die Analyse der Root-Morphologie-Parameter unter verschiedenen Bedingungen oder als Reaktion auf Mikroben, möglich. Hochauflösende Bildgebung kann angewendet werden, um Wurzel Kolonisation Dynamik der einzelnen Isolate oder Gemeinschaften, Bereitstellung von Informationen über die Pflanze Teile in verschiedenen ausreichend und mangelhaft Nährstoffverhältnisse kolonisiert sind zu erfassen. Es wird davon ausgegangen, dass solche Studien liefern wichtige neue Erkenntnisse wie Pflanze mikrobiome montiert und wie diese Dynamik im Laufe der Zeit ändern, zum Beispiel als die Wurzeln entwickeln.
Mikrofluidische Geräte ermöglichen Bildgebung von sehr jungen Pflanzen, und die Menge an Metaboliten gesammelt reicht in der Regel nicht für LCMS Analyse. Boden-basierten Systemen, wie z. B. Rhizotrons, ermöglichen die Darstellung der Morphologie der Wurzel, wenn entweder die Pflanzen mit Chemilumineszenz Konstrukt (Glo-Wurzel) oder NMR-basierte Methoden33,34umgewandelt werden. Metabolit Extraktionen aus diesen Systemen sind zeitaufwendig durch großvolumige Proben. EcoFABs sind eine Kombination aus beidem: die Herstellung ist vergleichbar mit mikrofluidischen Geräten. EcoFABs wurden entwickelt, um einfach und kostengünstig zu reproduzieren, sondern die Größe der Kammer kann angepasst werden, um Pflanzen mit kleinen oder großen Wurzelsysteme, bis zu der reproduktiven Phase wachsen. Gleichzeitigen Beobachtungen der Wurzel Morphologie Änderungen und Wurzel Exsudation sind möglich. Das System ist steril, ermöglicht kontrollierte Zugabe von bestimmten Mikroben.
EcoFABs sollen kontrollierte Einführung und Probenahme von Mikroben und Metaboliten zu ermöglichen. Insbesondere finden Sie Proben von Wurzel Klimakammern für Masse spektroskopische Metabolit Profilierung ausreichend. Die Integration der Massenspektrometrie Bildgebung (zB., NIMS Technik hier vorgestellten) bietet einen nicht-destruktive Ansatz Metabolit räumliche Verteilungen des Wurzelsystems zu studieren. Diese Technik wird wahrscheinlich hilfreich in Zukunft stabiler Isotope Ablaufverfolgung Experimente und mikrobielle Lokalisierung Zuordnung zu bestimmten Metaboliten36sein. Während dieses Protokoll auf einzelne Isolate konzentriert hat, kann das gleiche Design sicherlich für komplexere Gemeinden verwendet werden. Das Probenvolumen und Biomasse innerhalb der EcoFABs sind wahrscheinlich mehr als ausreichend für eine weitere Integration mit DNA-Sequenzierung Technologien, die zur Charakterisierung und Überwachung von mikrobiellen Gemeinschaft Struktur und Gen Ausdruck wichtig sein wird.
Zusammenfassend, dieses Protokoll beschreibt die Herstellung von Labor Ökosysteme entwickelt, für die Untersuchung der Pflanze-Mikroben-Interaktionen, mit Schwerpunkt auf einfachen und verständlichen Methoden, die leicht umgesetzt und von den Forschern um erweitert werden kann die Welt. Aktuelle Bemühungen richten sich an die Reproduzierbarkeit von Labors und die Integration einer Temperatur-Steuerung demonstrieren, so dass jeder EcoFAB unabhängig Licht und Temperatur gesteuert haben. Eine Weiterentwicklung des Systems werden die Integration von automatisierten Probenahme und Nachfüllen der EcoFAB Wurzel Kammern und die Entwicklung der reproduzierbaren Protokolle für die Festlegung der entsprechenden Pflanze mikrobiome in EcoFABs.

Die Anwendung der positiven Pflanze-Mikroben in der Landwirtschaft bietet großes Potenzial für nachhaltige Ernährung und Biokraftstoff-Produktion für eine wachsende Bevölkerung1,2,3,4zu erhöhen. Eine erhebliche Menge an Arbeit unterstützt die Bedeutung der Pflanze-mikrobiome Pflanze Nährstoffaufnahme, Toleranz zu Spannungen und Widerstand gegen Krankheit5,6,7,8. Es ist jedoch schwierig, diese Mechanismen der Pflanze-Mikroben-Interaktionen im Bereich Ökosysteme aufgrund der Komplexität und damit verbundenen Unreproduzierbarkeit und Unfähigkeit zur Kontrolle genau Microbiome Zusammensetzung und Genetik zu untersuchen (zB. mit mikrobielle Mutanten)4,9,10.
Eine Strategie besteht darin, vereinfachtes Modell Ökosysteme ermöglichen konstruieren gesteuert, replizierte Laborversuchen untersucht Pflanze-Mikroben-Interaktionen um Erkenntnisse zu generieren, die weiter in den Bereich10,11getestet werden können, 12. Dieses Konzept baut auf traditionellen Ansätzen, die Verwendung von Pflanzen in Erde gefüllten Töpfe oder auf Agar-Platten in Gewächshäusern oder Inkubatoren13. Obwohl diese wahrscheinlich bleibt die am weitesten verbreitete Ansätze, ihnen fehlt die Fähigkeit, genau zu überwachen und manipulieren Pflanze Wachstum Umgebungen. Zu diesem Zweck Rhizoboxes und Rhizotrons stellen eine wesentliche Verbesserung in der Fähigkeit, unterirdische Prozesse14,15studieren und erste Protokolle wurden für die Analyse der Rhizosphäre Metaboliten im Boden16veröffentlicht. In jüngerer Zeit, um Hochdurchsatz-Analyse zu ermöglichen, wurden erweiterte mikrofluidischen Geräten13,17 wie Pflanze Chip18,19, RootArray20und RootChip21, entwickelt als effiziente Werkzeuge für die Pflanze Phänotypisierung mit Mikrometer-Skala räumliche Auflösung die frühen Entwicklungsstadien von der kleinen Modellpflanze Arabidopsis Thaliana in flüssigem Fördermedium zu überwachen. Vor kurzem wurde eine Zweischicht-Image Plattform beschrieben, die Wurzelhaare Bildgebung von Arabidopsis Thaliana im Keimlingsstadium mit einem mikrofluidischen Plattform22ermöglicht.
Hier sind detaillierte Protokolle für den Bau von kontrollierten Laborgeräte (EcoFABs) zur Verfügung gestellt, für das Studium der Pflanze-Mikroben-Interaktionen und zeigen, dass sie verwendet werden können, um diverse studieren Pflanzen einschließlich Arabidopsis Thaliana, Brachypodium Distachyon23, die ökologisch wichtigen Wildhafer Avena Barbata und die Bioenergie-Ernte Panicum Virgatum (Rutenhirse). EcoFAB ist eine sterile Pflanzen-Wachstum-Plattform, die zwei Hauptkomponenten umfasst: das EcoFAB Gerät und sterile Pflanze Mittlere durchsichtigen Behälter. Das EcoFAB, das Gerät ist aus einer Fertigung Prozess, bei dem Casting PDMS, Polydimethylsiloxan (PDMS) Schichten aus einem 3D bedruckte Kunststoff-Formenbau und Verklebung PDMS Schichten auf Objektträger mit Methoden zuvor berichtet,24,25 . Die Modalitäten der EcoFAB-Workflow, wie Gerät Fertigung, Sterilisation, Samenkeimung, Sämling Transplantation, Mikrobe Impfung/Cocultivation, Probenvorbereitung und Analyse, werden in diesem Protokoll (Abbildung 1) beschrieben. Weitere Modifikationen des grundlegenden Workflows werden beschrieben, einschließlich der Installation von Computer gesteuerten LED Grow Lights und die Nutzung von festen Substraten. Die Nutzung der bildgebenden Verfahren untersuchen Wurzel Morphologie ändert, mikrobielle Besiedlung der Wurzeln, und Masse spectroscopic Imaging Wurzelausscheidungen werden beschrieben. Wir erwarten, dass das einfache, kostengünstige Design basierend auf leicht verfügbaren Materialien, sowie die detaillierte Protokolle hier vorgestellte Gemeinschaft Ressource, die EcoFAB-Plattform wird Standardisierung Pflanze Microbiome Laborstudien.

<table><tbody><tr><td>3D-gedruckte</td><td>LBNL</td><td></td><td>STL-Dateien für kundenspezifische Formen, die hier www.eco-fab.org verfügbar sind; Die hier beschriebenen EcoFABs-Formen wurden von FATHOM gedruckt: http://studiofathom.com</td></tr><tr><td>Dow Sylgard 184 Silikonelastomer klar Kit</td><td>Ellsworth Adhesives</td><td>184 SIL ELAST KIT 0,5 KG</td><td></td></tr><tr><td>Luftstaubspray</td><td>VWR</td><td>75780-350</td><td>jeder Druckgasstaubwedel sollte funktionieren</td></tr><tr><td>15 Gauge stumpfe Nadel</td><td>VWR</td><td>89166-240</td><td></td></tr><tr><td>5 mL Spritze mit Luer-Lok Spitze</td><td>VWR</td><td>BD309646</td><td></td></tr><tr><td>3" x2" Objektträger für Mikroskop</td><td>VWR</td><td>48382-179</td><td></td></tr><tr><td>1,75" x 2,56" x 3,56" EcoFAB Box</td><td>Amazon</td><td>B005GAQ25Q</td><td></td></tr><tr><td>4" x 3 &frac14; &rdquo; Objektträger aus Mikroskopglas</td><td>Ted Pella</td><td>260231</td><td></td></tr><tr><td>4,87" x 4,87" x 5,50" EcoFAB-Box</td><td>Amazon</td><td>B00P9QVOS2</td><td></td></tr><tr><td>Plasmareiniger</td><td>Harrick Plasma</td><td>PDC-001</td><td></td></tr><tr><td>3D-gedruckte kundenspezifische Klemme</td><td>LBNL</td><td></td><td>STL-Dateien, die im Labor von Trent Northen erhältlich</td></tr> sind <tr><td>Sterilhaube</td><td>AirClean Systems</td><td>PCR-Workstations</td> <td>der AC600-Serie</td></tr><tr><td>PTFE-Spritzenschlauch</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z117315-1EA</td><td></td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>VWR</td><td>89125-172</td><td></td></tr><tr><td>Bleichmittel</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Murashige und Skoog (MS) Makronährstoff Salzbasis</td><td>Phytotechnologies Laboratories</td><td>M502</td><td></td></tr><tr><td>Murashige und Skoog (MS) Mikronährstoff Salzbasis</td><td>Phytotechnologies Laboratories</td><td>M554</td><td></td></tr><tr><td>Erde</td><td>Hummert International</td><td>Pro-Mix PGX</td><td></td></tr><tr><td>Phytagel</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>71010-52-1</td><td></td></tr><tr><td>Arabidopsis thaliana</td><td>Lehle Seeds</td><td>WT-24 Col-4 Columbia Wildtyp</td><td></td></tr><tr><td>Brachypodium distachyon</td><td>LBNL</td><td>Standard Bd-21 Linie</td><td>Erhältlich von John Vogel's Labor</td></tr><tr><td>Panicum virgatum</td><td>The Samuel Roberts Noble Foundation</td><td>Alamo Rutenhirse</td><td></td></tr><tr><td>Micropore Klebeband</td><td>VWR</td><td>56222-182</td><td></td></tr><tr><td>LC-MS Methanol VWR</td><td></td><td>JT9830-3</td><td></td></tr><tr><td>Gefriertrockner</td><td>LABCONCO</td><td>FreeZone 2.5 Plus</td><td></td></tr><tr><td>SpeedVAC Konzentrator</td><td>Thermo Scientific</td><td>Savant&trade; SPD111 SpeedVac</td><td></td></tr><tr><td>Ultrafree-MC GV Zentrifugalfilter-0,22 &Mikro; m</td><td>Millipore</td><td>UFC30GV00</td><td></td></tr><tr><td>Flüssigchromatographie-System</td><td>Agilent Agilent</td><td>1290 LC System</td><td></td></tr><tr><td>Q Exactive Massenspektrometer</td><td>Thermo Scientific</td><td>Q Exactive&trade; Hybrid Quadrupol-Orbitrap MS</td><td></td></tr><tr><td>NIMS Chip und kundenspezifische MALDI Platte</td><td>LBNL</td><td></td><td>Für ein detailliertes Protokoll siehe: doi:10.1038/nprot.2008.110</td></tr><tr><td>MALDI Massenspektrometer</td><td>AB Sciex</td><td>TOF/TOF 5800 MALDI MS</td><td></td></tr><tr><td>Nanobeschichteter LED-Wachstumslichtstreifen</td><td>LED World Lighting</td><td>HH-SRB60F010-2835</td><td></td></tr><tr><td>Netzteil</td><td>LED World Lighting</td><td>MD45W24VA, LV100-24N-UNV-J</td><td></td></tr><tr><td>TC420 Controller</td><td>Amazon</td><td>B0197U7R8Q</td><td></td></tr><tr><td>Silikon LED-Clips</td><td>Amazon</td><td>B00N9X1GI0</td><td></td></tr><tr><td>Heißklebepistole</td><td>Amazon</td><td>B006IY359K</td><td></td></tr><tr><td>Buchse auf nacktes LED-Verbindungskabel</td><td>LED World Lighting</td><td>HH-F05</td><td></td></tr><tr><td>Buchse auf Stecker LED Steckverbinder Verlängerungskabel</td><td>LED World Lighting</td><td>HH-MF1</td><td></td></tr><tr><td>20AWG 2-adriges Kabel</td><td>LED World Lighting</td><td>6102051TFT4</td><td></td></tr><tr><td>WAGO 221-415 Spleißverbinder</td><td>LED World Lighting</td><td>221-415</td><td></td></tr></tbody></table>

Ökosystem-herstellung (ecofab)-protokolle für den bau von labor Ökosysteme entwickelt, um die pflanze-mikroben interaktionen zu untersuchen

Ecosystem Fabrication (EcoFAB) Protocols for The Construction of Laboratory Ecosystems Designed to Study Plant-microbe Interactions

Wohltuende Pflanze-Mikroben-Interaktionen bieten eine nachhaltige biologische Lösung mit dem Potenzial, Low-Input-Essen und Bioenergie-Produktion zu steigern. Ein besseres mechanistisches Verständnis dieser komplexen Pflanze-Mikroben-Interaktionen werden entscheidend für die Pflanzenproduktion zu verbessern, wie auch leistungsstarke grundlegende ökologische untersuchende Pflanze-Boden-Mikroben-Interaktionen Studien. Hier ist eine ausführliche Beschreibung zum Ökosystem Herstellung präsentiert mit allgemein verfügbaren 3D Drucktechnologien, um kontrollierten Labor Lebensräume (EcoFABs) für mechanistische Studien der Pflanze-Mikroben-Interaktionen innerhalb der spezifischen Umwelt zu schaffen, Bedingungen. Zwei Größen der EcoFABs werden beschrieben, die für die Untersuchung der mikrobielle Wechselwirkungen mit verschiedenen Pflanzenarten, darunter Arabidopsis Thaliana, Brachypodium Distachyonund Panicum Virgatumgeeignet sind. Diese durchströmten Geräte zulassen für kontrollierte Manipulation und Beprobung von Stamm mikrobiome, Stamm Chemie sowie Bildgebung des Wurzel-Morphologie und mikrobielle Lokalisierung. Dieses Protokoll enthält die Details für die Aufrechterhaltung der steriler Bedingungen in EcoFABs und Montage unabhängige LED-Lichtsysteme auf EcoFABs. Detaillierte Methoden zur Ergänzung der verschiedenen Formen von Medien, einschließlich Böden, sand, und flüssige Wachstumsmedien gekoppelt bis hin zur Charakterisierung dieser Systeme mittels Bildgebung und Metabolomics werden beschrieben. Diese Systeme ermöglichen dynamische und detaillierte Untersuchung der Pflanze und Pflanze-mikrobielle Konsortien einschließlich der Manipulation des Mikrobiom Komposition (einschließlich Mutanten), die Überwachung von Pflanzenwachstum, Wurzel Morphologie, Exsudat Zusammensetzung, und mikrobielle Lokalisierung unter kontrollierten Umweltbedingungen. Wir erwarten, dass diese detaillierte Protokolle für andere Forscher, im Idealfall hilft standardisierte experimentelle Systeme für die Untersuchung von Pflanze-Mikroben-Interaktionen zu erstellen als ein wichtiger Ausgangspunkt dienen soll.

Jedes EcoFAB System beinhaltet eine EcoFAB-Gerät und eine Pflanze großen transparenten Kunststoffbehälter. Ein EcoFAB Gerät hat eine Pflanze Reservoir, eine Wurzel-Wachstums-Kammer eine 1,6 mm Fluss Bucht und einen 1,6 mm Anschluss für standard-EcoFAB-Gerät (Abb. 2D &amp; Abbildung 3 H) oder ein 10 mm Auslass für Wide-Steckdose EcoFAB Gerät (Abb. 2F &amp; Abbildung 3I ). Die Pflanze Reservoir dient in eine Trapezform, das eine obere Öffnung 6 mm und 3 mm untere Öffnung, und dieses Design verringert die Wahrscheinlichkeit von fließen durchsickern während Flüssigkeitseinspritzung und sorgt auch für genügend Platz für das Pflanzenwachstum. Die Wurzel-Wachstum-Kammer nimmt eine ovale Form mit 2 mm Tiefe, viele Modellpflanzen Wurzelsysteme, passen, wie in Abbildung 2 und Egezeigt. Einlass und Auslass-Kanäle von einem standard EcoFAB-Gerät können mit PTFE Schläuche angeschlossen werden, so Nährlösungen in die Wurzel-Wachstums-Kammer fließen können, ohne den EcoFAB-Container zu öffnen. Wide-Steckdose EcoFAB Gerät reduziert den Strömungswiderstand der Steckdose, und dient vorzugsweise beim Anbau von Pflanzen mit dicken Wurzel-Systeme oder in regelmäßigen Abständen sammeln Wurzelausscheidungen nach komplexen Wurzelsysteme aus Pflanzen stammen.
Die Gussformen für die Herstellung von PDMS Schichten der EcoFAB Geräte werden in einem Design-Software erstellt, und dann 3D gedruckt in starren opaken Photopolymeren, wie in Abbildung 2 und Abbildung 3dargestellt. Pflanzen im Inneren EcoFABs können direkt beobachtet werden, mit einem Mikroskop mit einer langen Entfernung, sicherzustellen, dass die sterile Umgebung (Abbildung 8A, Ergänzende Datei 1) wachsen. EcoFAB Geräte mit Pflanzen passen auch auf einem hochauflösenden Mikroskop-Bühne, die höhere Auflösung Bildgebung der Pflanze-Mikroben-Interaktionen (Abbildung 8 b, Ergänzende Datei 2) ermöglicht. Sterilität ist nicht in diesem Umfeld gepflegt, und hochauflösende Bildgebung eignet sich daher nur für Endpunkt Messungen.
EcoFABs sollen systematische Untersuchungen von Pflanzen, wie ihre Morphologie, Stoffwechsel und mikrobieller Gemeinschaften in ihren verschiedenen Entwicklungsstadien über deren gesamten Lebenszyklus hinweg zu ermöglichen. Hier wurden EcoFABs als eine allgemeine Plattform für eine Vielzahl von Pflanzenarten zu studieren. Abbildung 8 -E zeigen 7 - Tage alten Arabidopsis Thaliana, Brachypodium Distachyonund Panicum Virgatum wächst in EcoFABs. Alle drei Pflanzen befanden sich gut in die EcoFAB über einen Monat lang wachsen. Sowohl der Dicot, Arabidopsis Thaliana und die Monocot, Brachypodium Distachyon erwiesen sich als zu ihrer Reproduktion Stadien in der EcoFABs gerecht zu werden.
Die Reversible Dichtungssystem ermöglicht die Verwendung von festen Substraten (zB., Boden) innerhalb der EcoFABs (Schritt 2.2). Diese Reversible Abdichtung Ansatz ermöglicht Laden der festen Substrate in Klimakammern Wurzel, und auch Probenentnahme aus bestimmten Regionen der Wurzel rhizosphären. Abbildung 8F -H zeigt eine Gruppe von 14 - Tage alten Brachypodium Distachyon wachsen in Hydrokultur Medium, sowie Sand und Erde mit Hydrokultur Medium (Sand) und Wasser (Boden) ergänzt. Die dünne feste Substratschicht in Klimakammern Wurzel lässt Licht durchdringen für mikroskopische Bildgebung des Wurzelsystems.
Root-Morphologie ist definiert als räumliche Konfiguration und Verteilung der ein Wurzelsystem der Pflanze und als wesentliche Physiologie Reaktion auf diverse Wachstum Umgebungen, wie Nährstoff oder Wasser Verfügbarkeit32,33genehmigt wurde, 34. EcoFABs bieten eine bequeme Herangehensweise Pflanze Morphologie zu studieren, im Laufe der Zeit oder unter verschiedenen Nährstoffverhältnisse. Abbildung 9A-F zeigen ein Beispiel für die Verwendung EcoFABs, um Wurzel Morphologien der Brachypodium Distachyon in den ersten drei Wochen zu verfolgen. Brachypodium Distachyon Sämling wurde in das EcoFAB-Gerät übertragen, und die Wurzelstruktur wurde von einer Kamera in einem BIO-RAD Gel Imager aufgenommen. Bildbearbeitungsprogramm, wie Bild J, Python und Matlab, kann weiter angewendet werden, um die Veränderungen der Wurzel Morphologien im Laufe der Zeit oder bei verschiedenen mittleren Umgebungen zu quantifizieren. Die Quantifizierung der gesamten Wurzelraum im Laufe von drei Wochen zeigten eine schrittweise Erhöhung der im frühen Stadium (&lt; 1 Woche) gefolgt von einem linearen Wachstumstrend bis zum Ende der drei Wochen, wie in Abbildung 9dargestellt.
Eine primäre Motivation für den Bau der EcoFAB ist, Pflanze-Mikroben-Interaktionen zu untersuchen. Wie unter Punkt 5.4 beschrieben, werden Mikroorganismen in Klimakammern Wurzel von EcoFAB Geräten durch den Einlasskanal übertragen. Abbildung 10 zeigt, ein EcoFAB mit Pseudomonas Simea (ehemalsFluorescens) WCS417 (WCS417), ein Pflanzenwachstum fördern standarddüngung mit Chemilumineszenz Etiketten wurde hinzugefügt, in der Pflanze-Wurzel-Systeme mit einer Konzentration von 106 Zellen pro Pflanze. Das WCS417 Signal wurde mit einem Gel-Imager, entdeckt eine ausgeprägte räumliche Verteilung der WCS417 Mikroben in Klimakammern Wurzel angegeben. In beiden MS flüssigen Medium mit und ohne Sand festen Substrat kolonisiert WCS417 Mikroben die Oberflächen der gesamten Wurzelsysteme mit Mikroben konzentriert sich rund um die Wurzel-Tipp-Bereiche möglicherweise aufgrund der aktiven Nährstoffen Produktion von Wurzelspitzen (Abbildung 10 &amp; H)35. Auf der anderen Seite die WCS417 Mikroben im Boden Substrat gesammelt rund um die Pflanze Reservoir Region anstelle von Wurzelspitzen (Abbildung 10ich). Wie die Mikroben durch den Auslasskanal hinzugefügt wurden, die Mikroben konnten auch im Boden Substrat bewegen, aber nicht auf die Wurzel ansammeln, wie im flüssigen Medium mit oder ohne Sand beobachtet. Dies könnte darauf hinweisen, dass der Boden eine ausreichende Nährstoff-Quelle ist, und die Mikroben auf die Pflanze Reservoir für optimale Atmung Bedingungen migriert.
Zu studieren, Metabolit Profilierung der Pflanze Wurzelausscheidungen sowie Metabolit Aufnahme und Entlassung aus der Pflanze-Mikroben-Interaktionen, wurde die Exsudat Lösungen aus der Wurzel Klimakammern in verschiedenen Wachstumsstadien der Pflanzen in EcoFABs gesammelt. Wie in Schritt 6 beschrieben, sind Exsudat Proben für LC-MS-Analyse dann extrahiert. Mit dieser Methode eine Reihe von Metaboliten ausgeschieden durch die Pflanze und von den Mikroben verbraucht wurde erkannt, und die damit verbundenen Metabolit Profilierung der Wurzelausscheidungen mit und ohne Mikroben Kolonisation wird derzeit untersucht.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57170/57170fig1.jpg"> Abbildung 1: The EcoFAB Workflow. Pflanzen sind auf Platte gekeimt und übertragen die sterilisierten EcoFAB Mikroben können hinzugefügt werden. Zerstörungsfreien Probenahme: Wurzelausscheidungen abgetastet und abgebildet werden können, und Wurzel Morphologie visualisiert werden. Destruktive Probenahme ermöglicht die Analyse der Mikrobe, Wurzel und schießen Parameter im Detail.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57170/57170fig2.jpg"> Abbildung 2: die Komponenten des 3D gedruckt Formen für EcoFAB Gerät Fabrikation. (A) Draufsicht und schräge Ansicht aus einem Guss-Rahmen. (B) top und schräge Ansichten eines Einsatzes. (C) oben und geneigten Blick auf einen standard formenaufbau. (E) oben und geneigten Blick auf einen weiten Auslauf formenaufbau. (D, F) Zusammengesetzte Formen für die Herstellung von Standard- und Wide-Steckdose EcoFAB Geräte, bzw.. Die ovalen Abmessungen sind 51 x 34 mm für kleine EcoFAB Form und 76 mm x 62 mm für große EcoFAB Form. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57170/57170fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57170/57170fig3.jpg"> Abbildung 3: EcoFAB Gerät Fabrikation. (A) Gießen die Mischung aus Elastomer-Basis und Aushärtung Agent in die Form. (B) heizen den Schimmel mit Mischung bei 85 ° C für 4 Std. (C) die Einlage aus der Form entfernen. (D) trennt die PDMS aus dem Casting-Rahmen. (E) drücken die Form Basis aus dem Casting-Rahmen. (F) mit einem Messer teilen, um die PDMS von Schimmel an den Rändern zu trennen. (G) Schälen der PDMS-Schicht langsam aus den formenaufbau. (H) Poking Löcher für Einlass und Auslass-Kanäle von der Standardebene PDMS. (I) stossen ein Loch für den Einlasskanal des Wide-Steckdose PDMS-Layers. (J) die PDMS Schicht (aus einem 15:1 Elastomer Basis zur Heilung Agent Mischung) und einen Objektträger sind gespült und übertragen in ein Plasma Reiniger für die Verklebung. (K) mit Klammern um die PDMS-Schicht (aus einem 5:1-Elastomer-Basis zur Heilung Agent Mischung) auf einen Objektträger zu halten. (L) drücken die PDMS-Schicht (aus einer 30,1-Elastomer-Basis zur Heilung Agent Mischung) direkt auf einen Objektträger. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57170/57170fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57170/57170fig4.jpg"> Abbildung 4: das Design von benutzerdefinierten Schellen. (A) Draufsicht und schräge Ansicht eines Top Klemmen Platte. (B) Draufsicht und schräge Ansicht von unten spannen Platte. (C) oben und geneigten Blick auf montierte Schelle mit vier Gruppen von hex Kopfschrauben. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57170/57170fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57170/57170fig5.jpg"> Abbildung 5: Installation von LED wachsen Lichter. (A) markieren Sie die Standorte für 9 LED Clips in einer Spirale um den EcoFAB-Container. (B) LED-Clips mit dem EcoFAB Behälter befestigt. (C) Einfädeln eines LED-Streifens durch diese Clips. (D) verbinden die LED-Leiste an einen Controller mit einem 24V Netzteil verdrahtet. (E) schematische Darstellung der Drahtverbindungen an den Controller. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57170/57170fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57170/57170fig6.jpg"> Abbildung 6: Übertragung von Sämlingen in EcoFABs. (A) Brachypodium Distachyon Pflanzen für 2 Tage auf einem Teller 0,5 MS. (B) einfüllen die Wurzel Kammer Pflanze Wachstumsmedium. (C) mit Hilfe einer Pinzette sorgfältig die Wurzel der Pflanze Reservoir einzufügen. (D) Abdichtung des EcoFAB Behälters mit Zusammenarbeit Band, nach Zugabe von 3 mL Wasser auf den Boden des Behälters. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57170/57170fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57170/57170fig7.jpg"> Abbildung 7: NIMS Bildgebung der Pflanze Wurzeln in EcoFABs. (A) eine Brachypodium Distachyon wachsen in einem sterilen EcoFAB. (B) Befestigung der PDMS-Schicht mit der Anlage auf einem NIMS-Chip für 20 min. (C) Using Kupfer Band den NIMS-Chip auf eine benutzerdefinierte MALDI-Platte befestigen und laden in einem MALDI-Massenspektrometer. (D-G) eine 7 - Tage alten und ein 20 - Tage alten Brachypodium Distachyon Anlage zur NIMS imaging (D, E) und die entsprechenden Bilder der NIMS (F, G). Die vorherrschenden Ionen wurden in rot, grün und blau hervorgehoben. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57170/57170fig7large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57170/57170fig8.jpg"> Abbildung 8: die allgemeine Anwendungen der EcoFABs. (A) direkt erfassen Wurzelwachstum der Brachypodium Distachyon in eine EcoFAB mit einem langen Distanz Mikroskop Setup. (B) direkt beobachten Wurzel-Mikroben-Interaktionen mit einem hochauflösenden Mikroskop-Setup. (C-E) 7 - Tage alten Arabidopsis Thaliana (C), Brachypodium Distachyon (D) und Panicum Virgatum (E) in Hydrokultur Medium 0,5 MS (F-H) 14 - Tage alten Brachypodium Distachyon gewachsen in 0,5 MS Hydrokultur (F), in Sand (G) und Erde (H) Substrat mit 0,5 MS Medium und Wasser, bzw. versorgt. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57170/57170fig8large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57170/57170fig9.jpg"> Abbildung 9: mit EcoFABs, um Wurzel Morphologie zu studieren. (A-F) WURZELENTWICKLUNG der Brachypodium Distachyon wachsen in EcoFABs gefüllt mit 0,5 MS Medium während der ersten drei Wochen: (A) 2 Tage, (B) 4 Tage, (C) 7 Tage, (D) 11, (E) 14 Tage, (F) 21 Tage des Wachstums. (G) gemittelte Wurzel Flächen wurden von ImageJ Software geschätzt. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57170/57170fig9large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57170/57170fig10.jpg"> Abbildung 10: mit EcoFABs, um Wurzel-Mikroben-Interaktionen zu studieren. (A, B, C) Eine Gruppe von 15 - Tage alten Brachypodium Distachyon besiedeln mit Pseudomonas Fluorescens WCS417 in verschiedenen Formen von Medien-MS flüssige Lösung, Sand und Erde Substraten. (D, E, F) Hellfeld-Bilder von ihr Wurzelsystem. (G, H, ICH) Die entsprechenden Chemolumineszenz Bilder von dieser Wurzel-Systeme nach 14 Tagen Co-Kultur. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57170/57170fig10large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
Ergänzende Datei 1. Mit EcoFAB um Wurzelwachstum. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57170/video1_capture_growing_roots_(2).mp4">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterladen.</a>
Ergänzende Datei 2. Mit EcoFAB, um Wurzel-Mikroben Interaktionen zu erfassen. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57170/video2_capture_root_microbes_interaction.avi">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterladen.</a>

Dieser Artikel beschreibt ausführliche Protokolle für die Ökosystem-Herstellung von Geräten (EcoFABs), die das Studium der Pflanzen und Pflanzen-Mikroben-Interaktionen in hohem Grade kontrollierten Laborbedingungen ermöglichen.

Ökosystem-Herstellung (EcoFAB)-Protokolle für den Bau von Labor Ökosysteme entwickelt, um die Pflanze-Mikroben Interaktionen zu untersuchen

Beneficial plant-microbe interactions offer a sustainable biological solution with the potential to boost low-input food and bioenergy production. A ...

Das übergeordnete Ziel dieses Protokolls ist es, standardisierte Ansätze für die Konstruktion vereinfachter Modellpflanzenökosysteme, genannt EcoFABs, zu definieren, die kontrollierte, replizierte Laborexperimente zur Untersuchung von Pflanzenmikrobeninteraktionen ermöglichen, die im Feld weiter getestet werden können. Diese Methode kann verwendet werden, um die Interaktionen von Pflanzenmikroben in kontrollierten Umgebungen zu untersuchen, was es uns ermöglicht, detaillierte mechanistische Einblicke in die Funktionen von Mikrobiomen zu gewinnen, um sie für eine nachhaltige Landwirtschaft nutzbar zu machen. Wir haben an der Entwicklung dieses ersten Eco-FAB mitgewirkt, das eine Vielzahl verfügbarer 3D-Drucktechnologien einsetzt und die Wachstumskammern der Pflanzen sterilisiert, die sowohl nicht ablenkende hochauflösende Bilder als auch chemische Analysen ermöglichen.Das hier entwickelte Eco-FAB-Gerät eignet sich gut für die Analyse von Interaktionen mit Pflanzenmikroben, da es die Analyse der Wurzelmorphologie und die massenspektroskopische Bildgebung umfasst. Nach dem Bau der Eco-FAB-Formen werden unter Verwendung des 3D-Drucks gemäß dem Textprotokoll in einem Einwegbehälter von einem Liter je nach Versuch 40 Milliliter Siloxanelastomerbasis mit unterschiedlichen Volumina des Härters gemischt. Stellen Sie den Behälter für mindestens 30 Minuten in eine Vakuumkammer, um Luftblasen aus der Elastomermischung zu entfernen.Entfernen Sie dann die Mischung und gießen Sie sie in die zusammengebaute 3D-gedruckte Kunststoffform. Um eine einheitliche PDMS-Schicht zu erzeugen, müssen Luftblasen vorsichtig entfernt werden. Verwenden Sie Druckluft, um alle Luftreste abzublasen, nachdem Sie die Mischung in die Form umgefüllt haben.Halten Sie die Form auf einem Heizblock vier Stunden lang bei 85 Grad Celsius. Lasse die Form fünf Minuten abkühlen. Ziehen Sie dann den Einsatz vorsichtig aus der Form heraus und trennen Sie das PDMS langsam mit einem Universalmesser vom Gussrahmen.Drücken Sie den Formboden mit PDMS nach oben aus dem Gießrahmen. Trennen Sie dann mit einem Messer oder anderen Werkzeugen die PDMS-Schicht vorsichtig an den Rändern vom Formboden und ziehen Sie sie langsam von der Formoberfläche ab. Erstellen Sie mit einer stumpfen Nadel von 15 Gauge einen Einlasskanal auf den PDMS-Schichten, indem Sie 1,6 Millimeter große Löcher in dieses Teil bohren.Verwenden Sie dann eine Schere, um die Kanten der PDMS-Layer zu kürzen. Um die PDMS-Schichten dauerhaft mit den Objektträgern zu verbinden, wird die Haftseite der PDMS-Schicht mit Methanol an einem 7,6 x fünf Zentimeter großen Objektträger gespült und anschließend mit Druckluft oder einer Reinststickstoffpistole trockengeblasen. Legen Sie den Objektträger und die PDMS-Schicht mit den Klebeseiten nach oben in einen Plasmareiniger.Schließen Sie die Kammer und das Gasentlüftungsventil. Schalten Sie dann das Vakuum ein und pumpen Sie die Kammer eine Minute lang ab. Schalten Sie den Plasmagenerator ein und schalten Sie die Radiofrequenz oder den HF-Pegel eine Minute lang auf hoch.Schalten Sie dann sowohl die Vakuumpumpe als auch die Plasmaleistung aus und entlüften Sie die Kammer zur Atmosphäre. Nehmen Sie den Objektträger und die PDMS-Schicht aus der Plasmakammer und drücken Sie alle vier Kanten der PDMS-Schicht schnell und gleichmäßig auf den Objektträger. Stellen Sie sicher, dass der mittlere ovale Bereich, bei dem es sich um die Wurzelkammer handelt, den Objektträger nicht berührt.Spülen Sie die Eco-FAB-Geräte mit Reinstwasser ab. Legen Sie ein Eco-FAB-Gerät in einen Eco-FAB-Behälter und fügen Sie 70 % Ethanol hinzu, bis das Gerät untergetaucht ist. Schließen Sie dann den Behälterdeckel und schütteln Sie ihn vorsichtig, um alle Oberflächen im Inneren mit Ethanol zu benetzen, und stellen Sie sicher, dass die Wurzelwachstumskammer des Eco-FAB-Geräts mit Ethanol gefüllt ist und nur sehr wenige oder keine Luftblasen vorhanden sind.Nachdem Sie die Geräte 30 Minuten lang bei Raumtemperatur inkubiert haben, gießen Sie das 70%ige Ethanol ab und ersetzen Sie es durch 100%iges Ethanol. Inkubieren Sie die Geräte dann fünf Minuten lang. Lassen Sie nach der Inkubation das Ethanol ab und lassen Sie das sterilisierte Eco-FAB 16 Stunden lang in einer Laminar-Flow-Haube, um es vollständig zu trocknen.Falls verfügbar, sterilisieren Sie das System, indem Sie das UV-Licht in der Haube eine Stunde lang einschalten. Um die Sterilisation und Keimung der Samen durchzuführen, weichen Sie die Samen zwei Minuten lang in 70%igem Ethanol ein. Entfernen Sie dann mit einer Pipette das Ethanol und spülen Sie die Samen dreimal mit sterilem Wasser ab.Als nächstes weichen Sie die Samen fünf Minuten lang in 10%iger Bleichlösung ein. Entfernen Sie dann die Bleichlösung und waschen Sie die Samen dreimal gründlich mit sterilem Wasser. Nach dem Waschen fügst Du den Samen steriles Wasser hinzu und inkubierst das Röhrchen sieben Tage lang bei vier Grad Celsius.Verteilen Sie die Samen gleichmäßig auf 0,5 Murashige und Skoog oder MS medium mit 0,6% Vitagel. Versiegeln Sie die Platten mit Mikroporenband. Lass die Pflanzen dann auf eine Wurzellänge von etwa fünf Millilitern wachsen.Um die Sämlinge in Eco-FABs zu übertragen, spülen Sie die Wurzelkammer eines Eco-FAB-Geräts mit einer sterilen Spritze oder Mikropipette und sterilem Wasser dreimal und füllen Sie dann die Wurzelkammer mit dem gewünschten Wachstumsmedium, z. B. 0,5 MS-Medium. Setzen Sie nun vorsichtig einen einzelnen Sämling in das Pflanzenreservoir des Eco-FAB-Geräts ein. Es ist wichtig, dass die Sämlinge vorsichtig von der Platte in den Eco-FAB umgefüllt werden, damit die Wurzeln nicht brechen.Geben Sie drei Milliliter steriles Wasser in den Behälter und vermeiden Sie das Eco-FAB-Gerät. Dadurch wird die Luftfeuchtigkeit erhöht und die Verdunstung des Mediums aus der Wurzelkammer verringert. Schließen Sie dann den Behälter und verwenden Sie Mikroporenband, um den Deckel zu verschließen.Stellen Sie den Eco-FAB in einen Pflanzenbrutkasten oder verwenden Sie das Eco-FAB-Beleuchtungssystem in einer Umgebung mit kontrollierter Temperatur, die für das Wachstum der jeweiligen Pflanze geeignet ist. Stellen Sie dann die Kammer auf 24 Grad Celsius ein. Führen Sie schließlich die Erstellung von Metabolitenprofilen und die Massenspektrometrie gemäß dem Textprotokoll durch.Diese Zahlen zeigen, dass sieben Tage alte Aaabidopsis thaliana, Brachypodium distachyon und Panicum virgatum in Eco-FABs wachsen. Sowohl die Dikotyledonen als auch die Monokotyledonen wurden im Eco-FAB als ihren Fortpflanzungsstadien gerecht befunden. Diese Sämlinge repräsentieren eine Gruppe von 14 Tage alten Brachypodium-Distachyonen, die in hydroponischem Medium wachsen, sowie in Sand und Erde, die mit hydroponischem Medium bzw. Wasser ergänzt werden.Die dünne, feste Substratschicht und die Wurzelwachstumskammern lassen Licht für die mikroskopische Abbildung des Wurzelsystems durch. Hier wurde ein Brachypodium-Distachyon-Keimling in das Eco-FAB-Gerät übertragen und seine Wurzelstruktur von einer Kamera in einem Biorad-Gel-Imager aufgezeichnet. Die Quantifizierung der Gesamtwurzelfläche über einen Zeitraum von drei Wochen zeigte eine allmähliche Zunahme im Frühstadium, gefolgt von einem linearen Wachstumstrend bis zum Ende.In dieser Abbildung wurde ein Eco-FAB, der die pflanzenwachstumsfördernden Rhizobakterien, Pseudomonas simiae, WCS417, enthält, in das Wurzelsystem der Pflanze in 10 bis sechs Zellen pro Pflanze eingebracht. WCS147-Mikroben besiedelten die Oberfläche des gesamten Wurzelsystems, wobei sich die Mikroben um die Bereiche der Wurzelspitze konzentrierten. Bei der Auffrischung von Kultursubstraten und dem Sammeln von Wurzelexsudaten aus Eco-FABs ist es wichtig, daran zu denken, die gesamte Arbeit in einer sterilen Haube zu verarbeiten, um eine Kontamination zu vermeiden.Eco-FAB-Geräte können auch mit einer reversiblen, physikalischen Versiegelung hergestellt werden, indem entweder eine 3D-gedruckte Klemme verwendet oder die Viskosität des PDMS verändert wird. Dies ermöglicht den Einsatz von festen Wachstumsmedien und der direkten massenspektroskopischen Bildgebung. Nach der Entwicklung von Eco-FAB wird dieses System es Forschern auf der ganzen Welt ermöglichen, diese Labormodell-Ökosysteme zu nutzen, um die Wechselwirkungen von Pflanzenmikroben mithilfe von Systembiologie und Bildgebungstechnologien zu untersuchen.Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man ein Eco-FAB-System herstellt und welche breiten Anwendungen es in Ökosystemstudien gibt. Wir hoffen, dass dieses Eco-FAB-Design es anderen Wissenschaftlern ermöglichen wird, ihre spezifischen wissenschaftlichen Ziele zu erreichen. Noch wichtiger ist, dass wir hoffen, dass andere Wissenschaftler auf diesem Eco-FAB-Design aufbauen und es verbessern und mit anderen Wissenschaftlern teilen, damit wir als Gemeinschaft diese Laborökosysteme aufbauen können, die es uns ermöglichen, die Wechselwirkungen zwischen Pflanzenmikroben besser zu verstehen.Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Mikroben und scharfen Gegenständen äußerst gefährlich sein kann und dass bei der Durchführung dieses Verfahrens immer Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden sollten.

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Forschung

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Umwelt

Mikrofluidik-Geräte lassen sich komplexe natürliche Prozesse in Echtzeit und auf der entsprechenden physikalischen Maßstäben zu visualisieren. Wir haben ein einfaches Mikrofluidiksystem, dass wichtige Funktionen des natürlichen porösen Medien nachahmt für das Studium Wachstum und Transport von Bakterien im Untergrund entwickelt.

Fenster an einem Microworld: Einfache mikrofluidische Systeme für Studium Mikrobielle Transport in porösen Medien

Quelle: Nathoo, N., et al. Ein hydroponisches Co-Kultivierungssystem zur gleichzeitigen und systematischen Analyse der molekularen Interaktionen und Signalwege von Pflanzen und Mikroben. J. Vis. Exp. (2017).Dieses Video zeigt ein hydroponisches Co-Kultivierungssystem zur Untersuchung von Pflanzen-Bakterien-Interaktionen unter sterilen Bedingungen. Die Pflanzensämlinge werden in ein steriles, saures Wachstumsmedium überführt, inkubiert und auf Kontamination untersucht, bevor sie mit...

Ein Co-Kultivierungssystem zur Untersuchung der molekularen Reaktionen von pflanzlichen Wirten und interagierenden Bakterien

Die Entwicklung der mikrobiellen Gemeinschaften hängt von einer Kombination von Faktoren ab, einschließlich Umweltarchitektur, Mitgliedshäufigkeit, Züge und Wechselwirkungen. Dieses Protokoll beschreibt eine synthetische, mikrogefertigte Umgebung für die gleichzeitige Verfolgung von Tausenden von Gemeinschaften, die in Femtoliter-Vertiefungen enthalten sind, wo Schlüsselfaktoren wie Nischengröße und Einschluss angenähert werden können.

Zusammenbau und Verfolgung der mikrobiellen Gemeinschaftsentwicklung innerhalb einer Microwell Array Plattform

Das beschriebene hydroponische Kokultivierungssystem unterstützt intakte Pflanzen mit Metallgittersieb und kokultiviert sie mit Bakterien. Pflanzengewebe, Bakterien und sezernierte Moleküle können dann separat für nachgeschaltete Analysen geerntet werden, wobei gleichzeitig die molekularen Reaktionen sowohl der Pflanzenwirte als auch der interagierenden Mikroben oder Mikrobiome untersucht werden können.

Ein Hydroponisches Co-Kultivierungssystem zur gleichzeitigen und systematischen Analyse von Pflanzen- / Mikroben-Molecular-Wechselwirkungen und Signalgebung

Dieser Artikel beschreibt die detaillierte Methode ein Array gemultiplext künstliche zellulären Mikroumgebung (MACME) Vorbereitung für Hochdurchsatz-Manipulation von physikalischen und chemischen imitiert in Vivo zellulären Mikroumgebungen Queues und Identifizieren Sie die optimale zelluläre Umgebung für menschliche pluripotenten Stammzellen (hPSCs) mit einzelligen profiling.

Herstellung eines Multiplex künstliche zellulären Mikroumgebung Arrays

Aufgrund der Opazität des Bodens können Wechselwirkungen zwischen seinen konstituierenden Mikroben nicht leicht mit zellulärer Auflösung sichtbar gemacht werden. Hier werden zwei mikrofluidische Werkzeuge vorgestellt, die neue Möglichkeiten bieten, pilzlich-mikrobielle Wechselwirkungen zu untersuchen. Die Geräte sind vielseitig und einfach zu bedienen und ermöglichen eine hohe räumlich-zeitliche Kontrolle und hochauflösende Bildgebung auf zellulärer Ebene.

Mikrofluidische Werkzeuge zur Untersuchung pilzlich-mikrobieller Interaktionen auf zellulärer Ebene

Hier wird ein schnelles und standardisiertes Verfahren zur Etablierung synergistischer Multispezies-Biofilmgemeinschaften aus verschiedenen Rhizosphärenböden vorgestellt. Es handelt sich um ein einzigartiges Protokoll, das entwickelt wurde, um die komplexe Bodenmikrobiota der Rhizosphäre zu untersuchen und zu simulieren.

Ein Ansatz zur Konstruktion von Multispezies-Biofilmgemeinschaften aus Rhizosphärenböden

Hier präsentieren wir eine Studie, die im iDiv Ecotron etabliert wurde, in terrestrischen Mesokosmenkammern mit kontrollierten Umweltbedingungen über und unter der Erde, um die unabhängigen und interaktiven Effekte von Pflanzen- und Bodengeschichte auf das Funktionieren von Ökosystemen von Graslandgemeinschaften entlang eines Pflanzendiversitätsgradienten zu untersuchen.

JenaTron - Ein experimenteller Ansatz zur Untersuchung der Auswirkungen von Pflanzen- und Bodengeschichte auf die Funktionsweise von Grünlandökosystemen

Dieses Protokoll beschreibt den Zusammenbau von Mini-Bioreaktor-Arrays, die für die kontinuierliche Durchflusskultur komplexer Stuhlgemeinschaften unter anaeroben Bedingungen verwendet werden sollen. Wir besprechen auch die Methoden für den Zusammenbau, die Inokulation und die Probenahme der Reaktoren für die weitere Analyse.

Bioreaktor-Assemblierung für die kontinuierliche Kultivierung komplexer Stuhlgemeinschaften

Das Minibioreactor Array (MBRA) ist ein anpassbares Hochdurchsatz-Kultursystem mit kontinuierlichem Durchfluss, das die Kultivierung komplexer mikrobieller Gemeinschaften ermöglicht und parallele Experimente zur Untersuchung der Mikrobiomdynamik, therapeutischer Wechselwirkungen und mikrobieller Reaktionen auf Umweltfaktoren unterstützt.

Aktualisiertes Protokoll für den Aufbau und die Verwendung des Minibioreaktor-Arrays (MBRA)

Lernen Sie die standardisierte Herstellung von EcoFABs zur Untersuchung von Pflanze-Mikroben-Interaktionen im Labor. Diese Methode ermöglicht kontrollierte Experimente für nachhaltige Landwirtschaft.

Ökosystem-Herstellung (EcoFAB)-Protokolle für den Bau von Labor Ökosysteme entwickelt, um die Pflanze-Mikroben Interaktionen zu untersuchen (Video) | JoVE Journal

Ökosystem-Herstellung (EcoFAB)-Protokolle für den Bau von Labor Ökosysteme entwickelt, um die Pflanze-Mikroben Interaktionen zu untersuchen

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