El uso de alta resolución de tomografía computarizada para visualizar la estructura tridimensional y la función de la Planta Vasculatura

Resumen

Alta resolución de rayos X de tomografía computarizada (HRCT) es una técnica no destructiva de imágenes diagnósticas que se pueden utilizar para estudiar la estructura y función de la vasculatura planta en 3D. Se demuestra cómo HRCT facilita la exploración de redes de xilema a través de una amplia gama de tejidos y especies vegetales.

Resumen

Alta resolución de rayos X de tomografía computarizada (HRCT) es una técnica no destructiva de diagnóstico por imagen con capacidad de resolución inferior a la micra que se utiliza actualmente para evaluar la estructura y la función de red de la planta xilema en tres dimensiones (3D) (por ejemplo Brodersen et al . 2010; 2011; 2012A, b). HRCT formación de imágenes se basa en los mismos principios que los sistemas de TC médica, pero una alta intensidad de sincrotrón de rayos X Fuente de los resultados en una mayor resolución espacial y menor tiempo de adquisición de imagen. Este sentido, demuestran con detalle cómo sincrotrón basada TCAR (realizada en el Advanced Light Source-LBNL Berkeley, CA, EE.UU.) en combinación con Avizo software (VSG Inc., Burlington, MA, EE.UU.) se está utilizando para explorar xilema en plantas extirpados tejidos y plantas vivas. Esta nueva herramienta de imagen permite a los usuarios ir más allá del tradicional luz estática, 2D o micrografías electrónicas de estudio y muestras virtuales utilizando las secciones de serie en cualquier plano. Un número infinito de segmentos en cualquier c orientaciónun hacerse en la misma muestra, una característica que es físicamente imposible con los métodos tradicionales de microscopía.

Los resultados demuestran que HRCT puede ser aplicado tanto a especies herbáceas y leñosas de las plantas, y una serie de órganos de la planta (es decir, hojas, peciolos, tallos, troncos, raíces). Las cifras presentadas aquí ayudar a demostrar tanto una gama de anatomía vascular representante planta y el tipo de detalles extraídos de bases de datos, incluyendo HRCT exploraciones de secoya (Sequoia sempervirens), nogal (Juglans spp.), Roble (Quercus spp.) Y arce ( Acer spp.) árboles jóvenes a girasol (Helianthus annuus), vid (Vitis spp.) y helechos (Pteridium aquilinum y fimbriata Woodwardia). Muestras extirpados y secado de especies leñosas son más fáciles de detectar y suelen producir las mejores imágenes. Sin embargo, las mejoras recientes (es decir, las exploraciones más rápidas y la estabilización de la muestra) han hecho possible para utilizar esta técnica de visualización en los tejidos verdes (por ejemplo, pecíolos) y en plantas vivas. De vez en cuando un poco de encogimiento de los tejidos vegetales verdes hidratados causará que las imágenes borrosas y los métodos para evitar estos problemas se describen. Estos avances recientes con HRCT proporcionar prometedores nuevos conocimientos sobre la función de la planta vascular.

Introducción

El agua es transportada desde las raíces de las plantas a las hojas en un tejido vascular llamado xilema - una red de conductos interconectados, fibras, y las células vivas, metabólicamente activas. Función Transporte de xilema planta se debe mantener para suministrar nutrientes y agua a las hojas para la fotosíntesis, crecimiento y supervivencia en última instancia. Transporte por agua en los conductos del xilema puede ser interrumpido cuando la red xilema se ve comprometida por organismos patógenos. En respuesta a las plantas tales infecciones a menudo producen geles, gomas, y tilosas como un medio para aislar la diseminación de patógenos (por ejemplo McEl....

Protocolo

Detalles del protocolo descrito a continuación fueron escritos específicamente para el trabajo en la Fuente Avanzada de Luz 8.3.2 línea de luz. Las adaptaciones pueden ser necesarios para el trabajo en otras instalaciones de sincrotrón. Seguridad y capacitación adecuadas radiación es necesaria para el uso de estas instalaciones.

1. Preparación de muestras de las plantas vivas

1. Crecer las plantas en macetas de ~ 10 cm de diámetro, y asegurar que el tallo principal (o porción de la planta que va a escanear) está lo más centrado posible y orientado verticalmente en el bote. Las dimensiones físicas del instrumento HRCT conejera en l....

Resultados

Synchotron TACAR han aplicado con éxito en una amplia variedad de tejidos y especies vegetales utilizando la línea de luz 8.3.2 (Figura 5), y han proporcionado nuevos conocimientos sobre la estructura y función del xilema en planta de resolución sin precedentes en 3D. Las capacidades de visualización y exploración proporcionados por las reconstrucciones en 3D (como se ilustra en las Figuras 6-8, y 1-3) Películas para permitir la determinación precisa de la ubicación y orientación de las.......

Discusión

Synchotron TCAR proporciona biólogos de plantas con una potente herramienta no destructiva para explorar el funcionamiento interno del sistema vascular de plantas con un detalle increíble. Esta tecnología se ha utilizado recientemente para identificar las estructuras anatómicas no descritas previamente en el xilema vid diferencialmente que alteran la conectividad de red xilema en diferentes especies de vid (Brodersen et al 2012b, en prensa.) - Esta conectividad puede alterar drásticamente la capacidad .......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Vea los detalles enumerados anteriormente sobre el equipo en la línea de luz de la fuente de luz avanzada 8.3.2