Utilisation de scanners à plat pour collecter haute résolution temps-caduque Images de la réponse gravitropique Arabidopsis racine
25 janvier 2014
Ce protocole décrit un procédé pour la collecte rapide d'images de jeunes plants d'Arabidopsis répondant à un stimulus de gravité en utilisant des scanners à plat disponibles dans le commerce. La méthode permet de peu coûteuse, la capture de gros volumes d'images haute résolution qui se prêtent à des algorithmes d'analyse en aval.
L’objectif général de cette vidéo est d’illustrer une méthode basée sur un scanner de capture d’image à haute résolution de la réponse du tropique racinaire dans l’opsis de la plante modèle. Pour commencer ce protocole, les graines du stock de graines désigné sont plantées sur des boîtes de Pétri contenant un milieu transparent Une fois que les graines ont germé pendant la période de temps désignée, des boîtes de Pétri sont retirées de la chambre de croissance, préparées pour le balayage, puis placées dans des scanners à plat orientés verticalement. Les plaques sont ensuite tournées à 90 degrés et numérisées pendant une période de temps déterminée.
Les images sont enregistrées sur l’ordinateur ou sur un périphérique de stockage de données et utilisées ultérieurement pour le traitement des images. Avant l’acquisition de l’image, préparez des plaques d’aga contenant les deux tissus végétaux numérisés en B. Tout d’abord, absorbez toute condensation accumulée sur le couvercle et les côtés de la plaque AGA avec une lingette kim.
Ensuite, appliquez une quantité généreuse de Triton X 100 pour éviter la condensation future. Enfin, terminez ce processus en enveloppant la plaque avec du ruban adhésif microporeux pour fixer le couvercle et permettre à la ventilation de commencer l’acquisition d’images. Configurez des dossiers pour enregistrer les images à l’emplacement souhaité.
Chaque nom de dossier est constitué d’une compilation de métadonnées relatives aux informations à analyser. Dans cet exemple, l’identifiant unique, l’âge, la taille et le stock de semence étaient des données incluses dans les noms de dossier. Ces métadonnées peuvent ensuite être copiées et collées dans un nom de dossier.
Ce protocole suppose que plusieurs scanners sont utilisés pour collecter les images et fournit des instructions pour connecter plusieurs scanners à un ordinateur. Pour cette raison, trois dossiers sont configurés pour l’enregistrement des images. L’étape suivante consiste à régler les minuteries pour une heure de collecte désignée.
Comme il y a encore pas mal de préparation à faire à ce stade, assurez-vous de régler les minuteries pour un peu plus de temps. Ensuite, allumez le premier scanner et ouvrez le programme de numérisation de vue. Sous l’onglet Entrée, réglez la source sur le scanner approprié et la liste déroulante Répétition automatique sur aucun sous l’onglet Recadrage.
Réglez la zone d’aperçu sur Maximum et appuyez sur Aperçu. Choisissez une zone de recadrage qui capturera la zone d’intérêt et définissez la zone d’aperçu sur Zone de recadrage. Ensuite, prévisualisez à nouveau l’image.
Pour enregistrer les données collectées à l’emplacement souhaité, appuyez sur l’onglet de sortie et recherchez les noms de dossiers précédemment définis qui correspondent à chaque scanner. Allumez le scanner suivant et répétez l’analyse de la vue. Configurez l’itinéraire pour les deux autres scanners, en vous assurant de choisir les bons dossiers dans lesquels enregistrer les données.
Il est également important de parcourir chaque onglet et de s’assurer que tous les paramètres du scanner sont ceux souhaités. Notre laboratoire a constaté que les paramètres suivants fonctionnent le mieux pour le type de collecte d’images effectuée. Cependant, différents types de collecte d’images peuvent nécessiter d’autres paramètres.
Une fois tous les paramètres cochés, choisissez l’onglet Saisie et réglez la liste déroulante Répétition automatique sur Continu sur les trois scanners. Placez les plaques préparées dans les scanners avec les semis orientés horizontalement et placez temporairement le côté en feutre de l’arrière-plan contre les plaques pour assurer la stabilité dans le scanner. Si vous effectuez ce protocole avec un partenaire, demandez à une personne de tourner les plaques de 90 degrés et de sentir immédiatement l’arrière-plan visible, l’autre personne appuie ensuite sur le bouton de numérisation et les deux fixent l’arrière-plan au scanner avec un cordon élastique.
Répète ce processus pour les scanners deux et trois. Chaque image devrait prendre environ deux à trois minutes pour être complètement numérisée. Les images finales apparaîtront comme indiqué. C’est une bonne idée de vérifier les dossiers dans lesquels les images sont enregistrées pour s’assurer qu’elles sont toutes correctement enregistrées.
Il est idéal de conserver les scanners dans une zone exempte de perturbations pour le balayage temporel désigné. Il est également prudent de tenir compte des conditions environnementales dans la zone de balayage pour assurer des réponses phénotypiques idéales. Les images suivantes sont des exemples de celles collectées à l’aide de la méthode décrite dans cette vidéo.
Les panneaux A et B et C et D sont les premières et dernières images d’une seule période de balayage. A et B affichent la zone numérisée dans son intégralité. Bien que C et D soient une région tronquée de la zone scannée montrant une seule plaque, plusieurs incohérences peuvent être observées.
La figure A montre la variation de la germination et de la trajectoire de croissance. L’image B montre que les plaques peuvent accumuler de la condensation, tandis que les images C et D sont considérées comme de bons résultats en raison de la croissance robuste des plantules et de la qualité de l’image tout au long de l’essai. La procédure décrite dans cet article s’inscrit dans son propre créneau dans le monde de l’imagerie radiculaire en ce sens qu’elle est à haut débit et à haute résolution tout en étant relativement abordable.
Un autre avantage de cette approche est qu’elle peut être facilement personnalisée pour répondre aux besoins d’imagerie d’un groupe de recherche particulier. La méthode est également en cours de personnalisation pour l’imagerie d’autres méthodes.
Aperçu
Ce protocole décrit une méthode permettant de capturer des images haute résolution de plantules d'Arabidopsis en réponse à la gravité à l'aide de scanners à plat. Cette approche est économique et permet une collecte d'images en grand volume, adaptée à des analyses ultérieures.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Biologie végétale
- Analyse d'image
- Réponse tropique racinaire
Contexte
- Arabidopsis sert d'organisme modèle dans la recherche végétale.
- Comprendre les réponses racinaires à la gravité est essentiel pour les études sur le développement des plantes.
- Les techniques d'imagerie haute résolution améliorent la collecte de données pour l'analyse phénotypique.
- Les scanners à plat permettent une solution abordable pour l'imagerie à haut débit.
Objectif de l'étude
- Démontrer une méthode basée sur un scanner pour capturer les réponses tropiques des racines.
- Faciliter la collecte d'images destinées à une analyse ultérieure.
- Proposer un protocole d'imagerie personnalisable aux équipes de recherche.
Méthodes utilisées
- Les graines germent sur un milieu transparent dans des boîtes de Pétri.
- Les boîtes sont numérisées à l'aide de scanners à plat verticaux.
- Plusieurs scanners peuvent être connectés à un seul ordinateur pour plus d'efficacité.
- Les paramètres d'acquisition des images sont ajustés pour obtenir des résultats optimaux.
Résultats principaux
- Les images capturées montrent des variations dans les trajectoires de germination et de croissance.
- Des problèmes de condensation sur les boîtes ont été observés, affectant la qualité des images.
- Des images de haute qualité ont été obtenues, démontrant une croissance vigoureuse des plantules.
- La méthode permet une acquisition d'images à haut débit et personnalisable.
Conclusions
- Le protocole offre un moyen efficace d'imaginer les réponses racinaires.
- Il peut être adapté à divers besoins d'imagerie dans des contextes de recherche.
- L'approche équilibre coût et efficacité dans la collecte de données.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
L'imagerie phénotypique à haute résolution de la réponse gravitropique racinaire permet une détection mécanistique des risques lors de la validation précoce des cibles dans le cadre de la découverte de thérapeutiques d'origine végétale. Cette approche d'imagerie peu coûteuse et à haut débit renforce la fiabilité prédictive des études sur la fonction des gènes en produisant des données quantitatives et chronologiques adaptées aux pipelines d'analyse d'images en aval. La méthode répond aux défis d'évolutivité en biologie de la découverte tout en préservant l'intégrité des données pour assurer une continuité translationnelle.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Valeur scientifique : Permet l'interrogation d'hypothèses thérapeutiques grâce à la mesure quantitative des trajectoires de croissance racinaire en tant que témoin phénotypique de la fonction des gènes.
- Valeur opérationnelle : Offre une détection biologique du risque grâce à la capture haut débit de 216 réponses individuelles par jour à une résolution de 4 800 ppp.
- Valeur prédictive : Facilite le tri des portefeuilles en générant des données d'image de qualité en grand nombre pour des applications d'analyse d'image qui précisent les variations des trajectoires de croissance.
Développement de criblages et de tests
- Valeur scientifique : Prépare des systèmes biologiques validés (plais d'Arabidopsis sur milieu transparent) pour des protocoles d'analyse standardisés et reproductibles, destinés à des criblages de composés ou génétiques.
- Valeur opérationnelle : Assure la préparation des tests grâce à une acquisition automatisée d'images en laps de temps toutes les quelques minutes, effectuée à l'aide de scanners à plat peu coûteux.
- Valeur de scalabilité : Permet la réutilisation de la plateforme et son adaptation entre différents groupes grâce à une conception de protocole personnalisable et à la connexion de plusieurs scanners à un seul ordinateur.
Recherche translationnelle et préclinique
- Valeur translationnelle : Préserve la continuité du système pertinent pour la maladie, du stade de découverte à la quantification phénotypique de la réponse tropique racinaire, un mécanisme conservé chez les organismes modèles.
- Réduction du risque mécanistique : Réduit l'ambiguïté dans la validation de la cible en isolant la variable indépendante (déplacement du vecteur gravitationnel) et en mesurant la variable dépendante (croissance corrective) avec une haute résolution temporelle.
- Fiabilité prédictive : Appuie les décisions d'avancement ajustées au risque en fournissant des données quantitatives permettant l'analyse statistique des variations de la germination et de la trajectoire de croissance.
Intégration des pipelines et des flux de travail
Cette méthode s'intègre dans le continuum de découverte, depuis le test d'hypothèses jusqu'à l'identification de composés candidats, en fournissant des données phénotypiques quantitatives normalisées qui orientent les décisions d'aller ou de ne pas aller (go/no-go) lors de la validation précoce des cibles.
- Biologie de la découverte : Permet de tester des hypothèses et de clarifier des voies biologiques en observant la croissance corrective des racines de jeunes plants déplacées par rapport à l'alignement avec le vecteur gravitationnel.
- Tri : Assure la standardisation et la reproductibilité des tests grâce à une préparation contrôlée des boîtes (prévention de la condensation par Triton X-100 et ruban micropore) et à des protocoles cohérents de sauvegarde des images.
- Analyse : Produit des séries d'images en laps de temps à une résolution de 4 800 ppp, adaptées à des mesures quantitatives des trajectoires de croissance et de la régularité de la germination.
- Recherche translationnelle : Établit un lien avec la continuité préclinique en fournissant des lectures phénotypiques pertinentes pour les maladies dans un système modèle pouvant subir des perturbations génétiques et pharmacologiques.
- Réutilisation en milieu professionnel : Fonctionne comme une capacité d'imagerie réutilisable plutôt que comme une technique à usage unique, en raison de son faible coût, de son haut débit et de sa facilité d'adaptation entre différents groupes de recherche.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Confiance prédictive dans la validation des cibles grâce à la réduction de l'ambiguïté mécanistique dans le phénotypage de la réponse gravitropique.
- Valeur opérationnelle : Normalisation, reproductibilité et évolutivité obtenues grâce à des protocoles de numérisation automatisés et un système de dénomination des dossiers piloté par les métadonnées pour l'organisation des données.
- Valeur stratégique : Décisions d'orientation plus pertinentes, efficacité accrue de l'utilisation des capitaux et réduction des risques biologiques en phase avancée grâce à une déminution précoce des risques phénotypiques par imagerie à haut débit et haute résolution.
- Impact sur le portefeuille : Priorisation et prise de décisions d'avancement ajustées au risque, rendues possibles par des données d'images de qualité abondantes soutenant les applications d'analyse d'images.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Une expertise scientifique requise en biologie végétale et en protocoles d'acquisition d'images pour l'imagerie des racines d'Arabidopsis.
- Les besoins en instrumentation comprennent des scanners à plat orientés verticalement, capables d'une résolution de 4 800 ppp et connectés à un seul ordinateur pour un fonctionnement multiplexé de plusieurs scanners.
- La standardisation entre équipes exige une préparation uniforme des boîtes (contrôle de la condensation à l'aide de Triton X-100 et de ruban microporeux) et un système de nommage des dossiers basé sur les métadonnées afin d'assurer un enregistrement reproductible des données.
- Les considérations d'adaptation entre différents systèmes modèles impliquent l'ajustement de l'orientation du scanner et de la préparation des boîtes en fonction de la taille des plantules et des conditions de croissance.
- Les limites pratiques incluent la gestion de la condensation sur les boîtes et la garantie d'une orientation stable des plantules lors de la rotation à 90 degrés pour induire la réponse gravitropique.
