ניתוח התנהגות גדילה תודרנית לבנה באיכויות שונות אור
2 בפברואר 2018
כאן, אנו מציגים פרוטוקול ללמוד התנהגות גידול הצמח, במיוחד פנוטיפים באופן לשחזור. אנו מראים כיצד לספק משתנה ועל הזמן אותו יציבים לתנאי תאורה. ניתוחים נכונה תלויה מספיקים מדגם והערכות סטטיסטיות בתוקף.
המטרה הכוללת של ניתוח פנוטיפ חזותי ומולקולרי זה היא להשוות בין גידול צמחים בתנאי אור שונים ושל גנוטיפים שונים. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום חקר הצמחים כגון הסתגלות לתנאי אור שונים. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא בכך שהיא נותנת תוצאות הניתנות לשחזור וכימות.
מישתדגים את ההליך תהיה פרנקה סיילר, טכנאית במעבדה שלי. כדי להתחיל, חשב גודל מדגם מתאים והכין את המספר הנדרש של עציצים של שישה על שבעה סנטימטרים עם אדמה ושתול זרע בודד בכל אחד. לאחר מכן, ורנליזציה של הזרעים בארבע מעלות צלזיוס למשך יומיים.
הגדר את לחות האוויר היחסית של תא אקלים ל-65% ואת הטמפרטורה ל-22 ו-16 מעלות צלזיוס למחזור של 16 שעות יום, שמונה שעות לילה. לאחר מכן כוונן את האור בכל הרמות לעוצמה של 200 מיקרומול לסנטימטר רבוע ושנייה. השתמש בספקטרומטר המובנה כדי לנטר באופן רציף את הפלט הספקטרלי.
מניחים את הצמחים בתא האקלים, ומכסים אותם בחלק עליון שקוף, עד שיוצאים קוטלינינים מפותחים היטב. בדוק ויזואלית את הצמחים, ותעד את נתוני הגידול בצילום במרווחי זמן קבועים. כדי להבטיח תמונות עקביות, השתמשו בחצובה של המצלמה ובסרגל קנה מידה לכל תמונה.
ראשית, הניחו צמח בחושך למשך מספר דקות. לאחר מכן הגדר פלואורומטר מאופנן דופק ומצלמה במרחק מתאים מהמפעל. הרוזטה המלאה אמורה להיות גלויה בחלון החי.
הפעל את התוכנה ובחר באפשרות המיני שמופיעה בחלון בחירת היחידה. לאחר מכן, לחץ על אישור. לאחר מכן, בחר כחול בחלון המוקפץ ולחץ על אישור.
בחר באפשרות הווידאו החי, וסובב את טבעת הכוונון של עדשת המטרה כדי למקד את התמונה, ובחר אזור ספציפי של הצמח. כדי לצאת מהחלון החי, לחץ על תיבת היציאה בפינה השמאלית העליונה. הגדר אזור עניין, או AOI, עם הגדרות ברירת המחדל.
עיגול ותיבה אדומה עם ערך ה-FT הממוצע של הפיקסלים הכלולים ב-AOI, יופיעו אוטומטית באמצע המסך. עליך למחוק את ה-AOI הזה, לפני שתגדיר את שלך. לאחר מכן קבל את הגדרות ברירת המחדל בכרטיסייה מימין.
לאחר מכן לחץ על הוסף בכרטיסייה AOI, ומקם את העיגול בתוך אזור העלה. חזור על תהליך זה חמש פעמים לכל עלה, ובחר מספר עלים לכל צמח. סמן את התיבה הרלוונטית, עם התפוקה הקוונטית המקסימלית של PS 2, כדי לבחור את תמונת ה-FV/FM.
החל פלאש אור רווי כדי למדוד את הפרמטרים הפוטוסינתטיים, באמצעות ניתוח כיווץ פלואורסצנטי, על ידי לחיצה על כפתור F0, FM. אתר את התוצאות בכרטיסיה דוח. סמן את כל התיבות הרלוונטיות, וייצא אותן לתוכנת ניתוח מתאימה.
במחקר זה, נעשה שימוש בנורות LED כדי לספק כמות ואיכות אור יציבה בתצפית וניתוח של גידול צמחים וסוגי ורידים. הנתונים מהצמחים נאספו 12, 21 ו-28 ימים לאחר התפירה. הממוצע המשפיע על ערכי התשואה הקוונטית של PS 2 של 5 צמחים ו-5 מוצגים באיור זה.
נתונים מצמחים שגדלו תחת אור שמש מדומה, אור כחול או אדום מועשר הוערכו סטטיסטית. איור זה מציג את הממוצע המשפיע על ערכי התשואה הקוונטית של PS 2 של 5 צמחים ו-5 ליום. הערכים הממוצעים של צמחים שגדלו באור כחול ואדום היו גבוהים משמעותית מאלה שגדלו תחת אור שמש מדומה.
לאחר ההתקנה, נורות ה-LED יכולות לספק תנאי תאורה יציבים או משתנים על ידי חיסכון רב באנרגיה בהשוואה למנורות פלורסנט. במהלך הניסוי חשוב לקחת את הצמחים מדי יום. לאחר פיתוחה, טכניקה זו סוללת את הדרך לחוקרים בתחום חקר הצמחים לחקור התנהגות צמיחה בתנאי אור שונים עם אורך גל מוגדר.
לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לגדל, ולנתח צמחים לגבי סוג הווריד הנבוב החזותי והמולקולרי שלהם בצורה כמותית.
סקירה כללית
מאמר זה מציג פרוטוקול לחקר התנהגות גדילה של צמחים תחת תנאי תאורה משתנים. הוא מדגיש את חשיבותן של השחזוריות וההערכה הסטטיסטית בניתוח פנוטיפים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- ביולוגיה של צמחים
- ניתוח פנוטיפי
- השפעות של תנאי תאורה
רקע
- הבנת ההסתגלות של צמחים לתנאי תאורה שונים היא חיונית לצורכי מחקר.
- תנאי תאורה יציבים יכולים לשפר את מהימנותם של מחקרי צמיחה.
- תוצאות כמותיות הן חיוניות להסקת מסקנות מדעיות תקפות.
- נורות LED מספקות אפשרויות תאורה חסכוניות באנרגיה עבור ניסויי צמיחת צמחים.
מטרת המחקר
- להשוות את צמיחת הצמחים תחת תנאי תאורה שונים.
- לנתח את השפעותיהם של גנוטיפים שונים על התנהגות הצמיחה.
- לבסס שיטה ניתנת לשחזור לצורך אנליזה פנוטיפית.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- הכנת עציצים וזריעת זרעים.
- ורנליזציה של זרעים בטמפרטורות נמוכות.
- הקמת תא אקלימי עם לחות וטמפרטורה מבוקרות.
- שימוש בפלואורומטר בעל מודולציית פולסים למדידת פרמטרים פוטוסינתטיים.
תוצאות עיקריות
- נתונים שנאספו בשלבי צמיחה מרובים הראו הבדלים משמעותיים בנצילות הקוונטית.
- צמחים שגודלו תחת אור כחול ואדום הפגינו יעילות פוטוסינתטית גבוהה יותר מאשר אלו שגודלו תחת אור שמש מדמה.
- נורות LED שמרו על תנאי תאורה יציבים לאורך כל הניסוי.
- השיטה מאפשרת ניתוח ויזואלי ומולקולרי מפורט של פנוטיפים של צמחים.
מסקנות
- פרוטוקול זה מאפשר לחוקרים לבחון צמיחת צמחים תחת תנאי תאורה מוגדרים.
- הוא מספק מסגרת לניתוח הדיר וקוואנטיפיקבילי של פנוטיפים של צמחים.
- מחקרים עתידיים יכולים להתבסס על שיטה זו כדי לחקור היבטים נוספים של ביולוגיה של צמחים.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
ניתוח כמותי של צמיחת Arabidopsis thaliana תחת תנאי תאורה מבוקרים מאפשר בדיקה חסונה של היפותזות עבור תהליכי עבודה בביולוגיה של צמחים ובביוטכנולוגיה חקלאית. סביבות LED יציבות וניתנות לתכנות, יחד עם מדידות פנוטיפיות סטנדרטיות, תומכות במידה של ביטחון חיזויי בשלבי הגילוי המוקדמים ובתיקוף תכונות. גישה זו מפחיתה עמימות ניסיונית ומשפרת את השחזוריות עבור מחקרים תרגומיים ופיתוח פלטפורמות.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בחינה קפדנית של נתיבי גדילה תלויי אור ומנגנוני אקלום.
- תומך בתיקוף פונקציונלי של מטרות גנטיות או מולקולריות המשפיעות על התפתחות הצמח.
- מסייע בביטחון תחזיתי בבחירת תכונות ובצמצום סיכונים ביולוגיים לשיפור היבולים.
סריקה ופיתוח מערך בדיקה
- מבסס בדיקות פנוטיפיות הניתנות לשחזור וכמותיות עבור תהליכי סינון בהמשך השלב.
- מסטנדרט את המשתנים הסביבתיים כדי להבטיח את מהימנות הבדיקה ואת היכולת להשוות בין מחקרים שונים.
- מפיק פלטים כמותיים, כגון יעילות פוטוסינתטית ושטח עלה, לצורך הערכה אובייקטיבית.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאימה פלטיים פנוטיפיים עם נקודות קצה תרגומיות הרלוונטיות לביצועי היבול ולהסתגלות למצבי עקה.
- מספקת רצף ממחקרי סביבה מבוקרת להערכת תכונות הרלוונטיות לשטח.
- מאפשרת קידום מותאם סיכונים של תכונות מועמדות או שינויים גנטיים.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
פרוטוקול זה משתלב ברצף שבין הגילוי לתיקוף, ותומך בבדיקת השערות מוקדמת, בפיתוח בדיקות (assays) ובהערכת תכונות תרגומית.
- ביולוגיה של גילוי: מסייעת בבדיקת השערת האפס ובבירור נתיבים עבור תכונות גדילה המגיבות לאור.
- סריקה: מספקת בדיקות פנוטיפיות סטנדרטיות הניתנות לשחזור, עם פלטים כמותיים לצורך ניתוח השוואתי.
- אנליטיקה: מספקת מדידות חסונות של פרמטרים פוטוסינתטיים ומדדי גדילה לצורך הערכה סטטיסטית.
- מחקר תרגומי: מגשרת בין ממצאים בסביבה מבוקרת לתיקוף תכונות פרה-קליני בביוטכנולוגיה של גידולי חיסול.
- שימוש חוזר ארגוני: מציעה פלטפורמה ניתנת להרחבה ולשימוש חוזר עבור מחקרים מגוונים של גנוטיפים ותגובות סביבתיות.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החיזוי ומפחית עמימות מכניסטית בגילוי תכונות.
- ערך תפעולי: משפר את הסטנדרטיזציה, השחזוריות והסקילביליות של בדיקות פנוטיפיות.
- ערך אסטרטגי: משפר את קבלת ההחלטות לגבי המשך התהליך (go/no-go) ואת היעילות ההונית בצינורות פיתוח תכונות.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתיעדוף מותאם סיכונים ובקידום של תכונות או מטרות מועמדות.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות בפיזיולוגיה של צמחים, פנוטיפיקציה וניתוח סטטיסטי.
- נדרשות תאי אקלים עם תאורת LED ניתנת לתכנות ומכשור להדמיה/פלואורומטריה.
- נדרשת סטנדרטיזציה בין-צוותית של פרוטוקולי סביבה ומדידה.
- ייתכן שיידרש התאמה עבור מיני צמחים שונים או נקודות קצה של תכונות.
- העוצמה הסטטיסטית תלויה בגודל מדגם מספק ובחזרות, כפי שהודגש בפרוטוקול.
