Utilisation à haute résolution tomodensitométrie pour visualiser la structure tridimensionnelle et la fonction des vaisseaux sanguins des végétaux

Résumé

Haute résolution x-ray tomodensitométrie (TDM-HR) est une technique non destructive d'imagerie diagnostique qui peut être utilisée pour étudier la structure et la fonction des vaisseaux des plantes en 3D. Nous montrons comment HRCT facilite l'exploration des réseaux du xylème dans un large éventail de tissus et espèces végétaux.

Résumé

Haute résolution x-ray tomodensitométrie (TDM-HR) est une technique non destructive d'imagerie diagnostique avec capacité de résolution inférieure au micron qui est maintenant utilisé pour évaluer la structure et la fonction de réseau du xylème des plantes en trois dimensions (3D) (par exemple Brodersen et al . 2010; 2011; 2012a, b). HRCT imagerie est basée sur les mêmes principes que les systèmes médicaux CT, mais une forte intensité de résultats synchrotron source de rayons X à haute résolution spatiale et une diminution du temps d'acquisition d'images. Ici, nous démontrons en détail comment synchrotron à base HRCT (effectué à l'avancée Source lumineuse LBNL-Berkeley, CA, USA) en combinaison avec le logiciel Avizo (VSG Inc, Burlington, MA, USA) est utilisé pour explorer le xylème des plantes dans tissu excisé et plantes vivantes. Ce nouvel outil d'imagerie permet aux utilisateurs de se déplacer au-delà statique traditionnelle, la lumière 2D ou micrographies électroniques et des échantillons d'étude en utilisant des coupes en série virtuels dans n'importe quel plan. Un nombre infini de coupes de tous les c orientationun être effectuées sur le même échantillon, une caractéristique qui est physiquement impossible à l'aide des méthodes de microscopie traditionnels.

Les résultats démontrent que HRCT peut être appliqué à la fois les espèces herbacées et ligneuses, et une gamme des organes végétaux (feuilles, pétioles, c.-à-tiges, troncs, racines). Les chiffres présentés ici aider à démontrer à la fois une gamme d'anatomie des plantes vasculaires représentant et le type de détail extraites de bases de données, y compris les analyses HRCT de séquoia (Sequoia sempervirens), noyer (Juglans spp.), Le chêne (Quercus spp.) Et l'érable ( jeunes arbres Acer spp.) aux tournesols (Helianthus annuus), la vigne (Vitis spp.), et les fougères (Pteridium aquilinum et Woodwardia fimbriata). Échantillons excisés et séché à partir des espèces ligneuses sont plus faciles à analyser et généralement d'obtenir les meilleures images. Cependant, des améliorations récentes (c.-à-scans plus rapides et la stabilisation de l'échantillon) ont rendu possble d'utiliser cette technique de visualisation des tissus écologiques (p. ex pétioles) et en plantes vivantes. À l'occasion de rétrécissement des tissus hydratés plantes vertes fera images de flou et les méthodes pour éviter ces problèmes sont décrits. Ces avancées récentes avec HRCT offrir de nouvelles perspectives prometteuses dans la fonction vasculaire des plantes.

Introduction

L'eau est transportée des racines des plantes aux feuilles dans un tissu vasculaire appelé xylème - un réseau de conduits interconnectés, de fibres et de vie, les cellules métaboliquement actives. Fonction de transport du xylème des plantes doit être maintenue pour fournir des éléments nutritifs et de l'eau sur les feuilles pour la photosynthèse, la croissance et la survie en fin de compte. Transport de l'eau dans les conduits du xylème peut être perturbé lorsque le réseau du xylème est compromise par des organismes pathogènes. En réponse à ces plantes produisent souvent des infections des gels, des gencives et thylles comme un moyen d'isoler la propa....

Protocole

Détails du protocole décrit ci-dessous ont été écrits spécifiquement pour le travail à l'Advanced Light Source 8.3.2 ligne de lumière. Des adaptations peuvent être nécessaires pour le travail dans les installations de rayonnement synchrotron autres. De sécurité et une formation appropriée rayonnement est nécessaire pour l'utilisation de ces installations.

1. Préparation des échantillons des plantes vivantes

1. Pousser des plantes dans des pots de 10 ~ cm de diamètre, et de veiller à ce que la tige principale (ou une partie de la plante à numériser) est aussi centré que possible et orienté verticalement dans le pot. Les dim....

Résultats

Rayonnement synchrotron scans HRCT ont été mis en œuvre avec succès sur une grande variété de tissus végétaux et des espèces en utilisant ligne de lumière 8.3.2 (figure 5), et ont fourni de nouveaux aperçus sur la structure et la fonction du xylème des plantes à une résolution sans précédent en 3D. Les capacités de visualisation et d'exploration prévus par les reconstructions 3D (comme illustré dans les figures 6-8; 1-3) et films permettent de déterminer avec précision l'emplace.......

Discussion

Synchotron HRCT fournit phytobiologistes avec une puissante non destructive outil pour explorer les rouages ​​du système vasculaire des plantes en détail incroyable. Cette technologie a été utilisée récemment pour identifier auparavant non décrite structures anatomiques dans le xylème vigne qui modifient de façon différentielle la connectivité réseau du xylème chez les espèces de vigne diverses (Brodersen et al 2012b, sous presse.) - Cette connectivité peut considérablement altérer la capacité des path.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Voir les spécificités énumérées ci-dessus concernant l’équipement à la ligne de faisceau de la source lumineuse avancée 8.3.2