במאמר זה אנו מתארים כלי מתקדם המיועד לניטור ביוסינתזה של כלורופיל בשלבים המוקדמים של דה-אטיולציה של שתילי ארבידופסיס . המתודולוגיה החדשנית מספקת דימות פלואורסצנטי כלורופיל לא פולשני בזמן אמת ברזולוציה מרחבית וטמפורלית גבוהה.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
במאמר זה אנו מתארים כלי מתקדם המיועד לניטור ביוסינתזה של כלורופיל בשלבים המוקדמים של דה-אטיולציה של שתילי ארבידופסיס . המתודולוגיה החדשנית מספקת דימות פלואורסצנטי כלורופיל לא פולשני בזמן אמת ברזולוציה מרחבית וטמפורלית גבוהה.
ביוסינתזה של כלורופיל היא סימן ההיכר של דה-אטיולציה, אחד השלבים הדרמטיים ביותר במחזור החיים של הצמח. התהליך המבוקר היטב והדינמי מאוד של ביוסינתזה של כלורופיל מופעל במהלך המעבר מהחושך לאור בצמחים פורחים. ברגע שבו שתילים אטיולטיביים נחשפים לעקבות הראשונים של אור השמש, המרה מהירה (בסדר שניות) של פרוטוכלורופיליד לכלורופיליד מתווכת על ידי קומפלקסים חלבוניים ייחודיים קולטי אור, המובילים באמצעות שלבים מטבוליים הבאים לייצור כלורופיל מתפקד במלואו. טכניקות סטנדרטיות לניתוח תכולת כלורופיל כוללות מיצוי פיגמנטים מרקמות צמחים מנותקות, שאינו חל על חקר תהליכים מהירים כאלה. כדי לחקור קינטיקה של כלורופיל in vivo בדיוק גבוה וברזולוציה מרחבית-זמנית בשעות הראשונות לאחר דה-אטיולציה הנגרמת על ידי אור, פותחו מכשיר ופרוטוקול. כאן, אנו מציגים הליך מפורט המיועד לכימות סטטיסטי חזק של כלורופיל בשלבים המוקדמים של ארבידופסיס דה-אטיולציה.
דה-אטיולציה מייצגת את השלב הדרמטי ביותר במחזור החיים של הצמח, המאופיין במספר שינויים מורפולוגיים וארגון מחדש מלא של חילוף החומרים של הצמח (מהטרו-טרופי לאוטו-טרופי)1. ביוסינתזה של כלורופיל היא סימן היכר של דה-אטיולציה הנגרמת על ידי אור בצמחים ותהליך דינמי מאוד. היווצרות כלורופיל מקודמן פרוטוכלורופיליד המיוצר בייצור כהה חייבת להיות מתואמת היטב כדי למנוע נזק כתוצאה מתוצרי לוואי תגובתיים2. ההפחתה של פרוטוכלורופיליד לכלורופיליד מזרזת על ידי פרוטוכלורופיליד אוקסידורדוקטאז (PORs) תלויי אור, אנזימים ייחודיים המופעלים ישירות על ידי אור. התגובה מהירה מאוד, מתרחשת בסדר גודל של ms עד s3, מה שמוביל להצטברות כלורופיל מזוהה בתוך דקות לאחר הקרנת שתיל אטיולציה 4,5,6. נדרש זמן רב יותר (משעות עד ימים) לביוגנזה של כלורופלסט כדי להקים מנגנון פוטוסינתטי מתפקד במלואו3.
קיימות שיטות שונות לניתוח תכולת הכלורופיל, כולל כרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים (HPLC) או ספקטרופוטומטריה. בדרך כלל, טכניקות אלה דורשות הרס של רקמת הצמח 4,5,6, ומגבילות את קביעת השינויים ברמות הכלורופיל לאורך זמן. שיטות המאפשרות ביסוס קינטיקה לא פולשנית של כלורופיל עשויות לפתוח נקודת מבט חדשה לגמרי לחקר צמחים בהיבטים מגוונים, החל משאלות מחקר בסיסיות, כגון ניתוח תהליך סינתזת הכלורופיל בזמן ובמרחב, וכלה ביישומים מעשיים יותר, כגון הערכת סבילות לעקה או השפעת ביוסטימולנטים על קינטיקה של כלורופיל. בהתחשב בכך, הצגנו מערכת לניטור היווצרות כלורופיל, iReenCAM7. הוא משלב מצלמת CCD, מסנני פליטה, מקורות אור וצינור לניתוח פלואורסצנטי אוטומטי (איור 1). התכונה העיקרית של המכשיר שפותח היא רזולוציה מרחבית וזמנית גבוהה, העולה על הביצועים בפרמטרים המשמשים בגישות הנוכחיות, ורגישות מספקת וספציפיות בהשוואה לשיטות אנליטיות סטנדרטיות7.
ההליך הלא פולשני המתואר כאן דורש ריאגנטים מינימליים וכולל צעדים פשוטים, המאפשרים לקבל פרופיל קינטיקה כלורופיל בשתילי ארבידופסיס חיים בשלבים מוקדמים מאוד של דה-אטיולציה. הפרוטוקול יכול להיות שימושי לחקר תהליך דינמי מאוד של סינתזת כלורופיל המושפע ממספר גורמים, הן אקסוגניים (מלח, בצורת, ביוסטימולנטים, מתכות כבדות וכו ') והן אנדוגניים (הקשורים בדרך כלל לשינויים בפעילות הגנים) במקור ללא צורך לנתק רקמת צמח כלשהי, ובכך להימנע מעקה נוספת.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. הכנה בינונית
2. עיקור פני השטח של זרעים ותנאי גידול צמחים
3. מדידה וניתוח פלואורסצנטי של כלורופיל
4. חילוץ וניתוח נתונים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
התפוקה האופיינית המתקבלת באמצעות ההליך החדש שפותח בשתילי Arabidopsis בני 4 ימים ללא אטיולציה של סוג בר (WT), אקוטיפ קולומביה-0 (Col-0) מוצגת באיור 3. בתנאי בקרה (מדיה של טרשת נפוצה בתוספת DMSO), העקומה הביוסינתטית של הכלורופיל מתחילה בפרץ ראשוני של סינתזת הכלורופיל, שבו מאגר הפרוטוכלורפיליד המסונתז במהלך השלב הסקוטומורפוגני של הגידול, מומר במהירות לכלורופיל הודות ל-PORs 7,8,9 המושרים באור. ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
שלבים קריטיים של הפרוטוקול ופתרון בעיות - אין אור ודואגים למסכה
כפי שמודגש ישירות בתיאור הפרוטוקול לעיל, הימנעות אפילו מכמויות זעירות של אור הן במהלך גידול שתילי צמחים שעברו אטיולציה והן ממש לפני תחילת הפרוטוקול היא בעלת חשיבות קריטית11. במערך שלנו, אנו משתמשים בתא חשוך ייעודי הממוקם בפיטרון ומופרד משאר הפיטוטרון באמצעות דלת מסתובבת אטומה לאור (איור משלים 3). התא מצויד בחלל גידול צמחים ושולחן עבודה המאפשר להכיל את המכשיר יחד עם מחשב בקרה ומכסה מנוע. זה מאפשר לנ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ז.ב. וק.פ. הם עובדי PSI ומרטין טרטילק הוא המנכ"ל והבעלים של חברת PSI המייצרת את iReenCAM. כל המחברים הללו היו מעורבים בפיתוח הכלי כמתואר לעיל7.
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן האירופית לפיתוח אזורי-פרויקט SINGING PLANT (No. CZ.02.1.01/0.0/0.0/16_026/0008446). פרויקט זה קיבל מימון באמצעות פרויקט MSCA4Ukraine (ID 1233580), הממומן על ידי האיחוד האירופי. אנו אסירי תודה ללנקה סוצ'ורקובה על העיצוב הגרפי של איור 1.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 6-benzylaminopurine | Duchefa Biochemie | B0904.0001 | |
| רדיד אלומיניום | Merck | Z691577 | |
| Arabidopsis thaliana Col-0 זרעים | NASC אוסף | N1092 | |
| תא טיפוח | PSI | בהתאמה אישית | |
| Dimethilsulfoxid | Thermo Fisher Scientific | 042780.AK | |
| Eppendorf חד-ערוצי, משתנה (100-1000 μ L) | Merck | EP3123000063 | |
| Gelrite | Duchefa Biochemie | G1101 | |
| iReenCAM מכשיר | PSI | בהתאמה אישית/אב טיפוס | |
| בקבוקי מעבדה, עם מכסים (דוראן), 100 מ"ל | Merck | Z305170-10EA | |
| קופסת זרימה למינרית | UniGreenScheme | ITEM-31156 | |
| סרט שחבור גומי ללא תוחם, רוחב 19 מ"מ, שחור, | מדע סקוטי 3M. מיושם על Life | 7000006085 | |
| צינור מיקרוצנטריפוגה, 2 מ"ל עם מכסה, PPT, מותג | Merck | BR780546-500EA | |
| קלטת מיקרופור | 3M Science. מיושם על Life | 7100225115 | |
| צלחות פטרי ירוקות L18w/66 | Ovalamp | 200008833 | |
| כלי גריינר, מרובעים, 120 x 120 x17 מ"מ, מאווררים | Merck | Z617679-240EA | |
| קצות פיפט, 1000 μ L, Axygen | Merck | AXYT1000B | |
| תוכנת מנתח נתוני מסך הצמח | PSI | המסופקת כחלק מ- iReenCAM |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.