Name: טכניקות Phenotyping בקנה מידה מיקרון של חבילות וסקולריים תירס מבוסס על צילום רנטגן טומוגרפיה Microcomputed (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-10-09T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 21 s
Description: למד טכניקות פנוטיפינג בקנה מידה מיקרון של חבילות וסקולריות בתירס באמצעות מיקרו-CT. שיטה זו מאפשרת חילוץ תכונות פנוטיפיות מדויקות מגבעולים, עלים ושורשים לקידום מחקרי מדעי הצמחים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

מחקר זה נתמך על ידי את הלאומי הטבע מדעי היסוד של סין (No.31671577), המדע, הטכנולוגיה חדשנות מיוחד בניה במימון תוכנית בייג'ינג האקדמיה של החקלאות Sciences(KJCX20180423) יערנות, המחקר תוכנית פיתוח של סין (2016YFD0300605-01), קרן מדעי הטבע בייג'ינג (5174033), בייג'ינג פוסט-דוקטורט מחקר קרן (2016 ZZ-66), ואת האקדמיה החקלאית בייג'ינג יערנות מדעי גרנט (KJCX20170404) ( JNKYT201604).

1. מדגם הכנת פרוטוקול
<ol><li>עבור הדגימה, לאסוף את הגזע, עלים, שורש מצמחים תירס טריים, לחלק אותם לשלושה סוגים של קבוצות המדגם (כל קבוצה עם שכפולי ארבע). לאחר מכן, לחתוך אותם לחלקים קטנים באמצעות סכין כירורגית באופן הבא: (1) לחתוך קטע באמצע גזע internode 1-1.5 ס מ אורך; (2) לחתוך קטע הרוחב המרבי של העלה 0.5 - 3 ס מ אורך לאורך הכיוון האנכי עם הווריד הראשי; (3) לחתוך קטע של השורש הכתר 0.5 ס מ אורך.</li>
	<li>עבור הקיבעון FAA, לטבול את מקטעי הדוגמה פתרון FAA (90:5:5 v/v/v, 70% אתנול: 100% פורמלדהיד: 100% חומצה אצטית) לפחות 3 d.</li>
	<li>בצע את ההליך התייבשות שישה רציפים אתנול במעברי צבע (כלומר, 30%, 50%, 70%, 85%, 95% ל- 100%) ולהגדיר את זמן העיבוד של כל צבע אתנול כ 30 דקות.</li>
	<li>מניחים את החומרים צמח הסלים הדגימה המתאימה מיוצרים באמצעות מדפסת תלת-ממדית; לאחר מכן, במהירות העברה הסלים מדגם לתא מדגם של2 CO נקודה קריטית מערכת ייבוש. הגדר את פרמטרי ייבוש כדלקמן: (1) CO2 ב: מהיר מהירות. בעל מילוי: 100%. (2) תשלום: CO2 תשלום עיכוב 120 s לתוך המחזור. להחליף מהירות: 5. מחזור מספר: 12. (3) גז החוצה: חום, מהר. מהירות: איטי, 50%.<ol>
<li>על פי ההבדלים מורפולוגי של שורש תירס, גזע, עלים, סלים מדגם עיצוב, הדפסה באמצעות מדפסת תלת-ממדי (למשל, איור 1).</li>
	</ol>
</li>
	<li>מקם את החומרים צמחים מיובשים (שורש תירס, גזע או עלה) שפופרת צנטרפוגה 50-mL עם דור 2 של יוד מוצק כדי לצבוע את החומרים צמח עם אדים נדיפים יוד, אז, במקום הצינורות בחדר lightproof 4-5 שעות.</li>
</ol>2. מיקרו-CT פרוטוקול סריקה
<ol><li>כדי לסרוק לתוך הנתונים הגולמיים CT, הגדרת ה-CT סריקה פרמטרים כדלקמן: µA 40 kV/250 (עבור גזע, עלים) או 34 µA kV/210 (של הבסיס). הגדר המתאימה סריקה טווחים בגדלים שונים, אמצעי האחסון של החומרים צמח בהם ולאחר להתאים את גודל פיקסל הדמיה כדלקמן: 2.0 מיקרומטר (עבור בסיס תירס) מיקרומטר 6.77 (עבור הגזע תירס), 10.0 מיקרומטר (עבור עלה תירס).</li>
	<li>כדי לשחזר תמונות פרוסה, להמיר CT הנתונים הגולמיים לתוך CT פרוסה תמונות ברזולוציה 2K (2,000 x 2,000 פיקסלים) באמצעות תוכנה שחזור התמונה. פרטים נוספים ניתנים במדריך למשתמש NRecon (http://bruker-microct.com/next/NReconUserGuide.pdf).</li>
</ol>3. התמונה פרוטוקול ניתוח עבור תמונת CT יחיד של גזע תירס או עלה
הערה: השתמש אוטומטית תוכנות הדמיה וסקולריים חבילות לערוך ניתוח phenotyping של חבילות וסקולריים בתוך הדימויים פרוסה CT של תירס הגבעול, העלים (איור 2). השלבים השימוש בתוכנה מתוארים כדלקמן.
<ol><li>למנות את סוג האיבר לאתחל את צינורות אלגוריתם שונה. לחץ על לחצן פרמטרים של פעולות שירות ובחר גזע תירס או עלה תירס בתיבה הנפתחת הראשונה.</li>
	<li>כדי לייבא את התמונות, לחץ על לחצן ניהול נתונים , הגדר את ספריית עבודה וייבוא אוטומטית כל פרוסה תמונות בספריה זו. בחר תמונות בודדות או פרוסה רב לתוך הצינורות התמונה.</li>
	<li>לקבוע את גודל פיקסל בפועל של התמונה. לחץ על לחצן פרמטרים של פעולות שירות והזן את גודל פיקסל בפועל של התמונה בתוך הפריט ערוך של גודל פיקסל.</li>
	<li>עבור חישוב phenotyping, לחץ על לחצן Phenotyping חישוב אוטומטי לחלץ תכונות פנוטיפי של חבילות וסקולריים לכל התמונות פרוסה שנבחרו.</li>
	<li>לחץ על לחצן ניתוחים סטטיסטיים פלט התוצאות כתבנית קובץ TXT או CSV.</li>
</ol>4. התמונה פרוטוקול ניתוח עבור CT סדרת תמונות של ספריית בסיס תירס
הערה: הסדרה תמונת CT של שורשים תירס מנוצלים כדי לחלץ את מבנה תלת-ממדי של אוניות metaxylem באמצעות תוכנת עיבוד תמונה. השלבים העיקריים הם כדלהלן.
<ol><li>לייבא את התמונות המשוחזרת של שורשים תירס (בתבנית קובץ BMP), לקבוע את הפרמטרים מרווח מדויק (גודל voxel [קרי, x, y, z]). השתמש בכלי גאוסיאנית רקורסיבית להחליק את התמונות האלה. כדי לשפר את איכות התמונה.</li>
	<li>התנהלות פילוח תלת-ממדי של כלי metaxylem על-ידי התאמת הפרמטרים הסף; זה יוצר תווית צבע אחיד עבור כל כלי metaxylem מחוברים.</li>
	<li>לשפר ולזהות את כלי metaxylem באופן אינטראקטיבי באמצעות מורפולוגיה, bitwise, ופעולות מבול מילוי.</li>
	<li>לבצע שחזור ויזואליזציה, משטח האחסון של כלי. השתמש בכלי הסטטיסטיקה מסיכה כדי לספור ולמדוד את התכונות פנוטיפי של קיבול של רמות דו-ממדיים ותלת -ממדיים.</li>
</ol>

<ol><li>Lucas, W. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+plant+vascular+system%3A+evolution%2C+development+and+functions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Integrative+Plant+Biology%22%5BJournal%5D)">The plant vascular system: evolution, development and functions.</a> Journal of Integrative Plant Biology. 55, 294-388 (2013).</li>
<li>Gou, L., et al. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/296353164_Effects_of_population_density_on_stalk_lodging_resistant_mechanism_and_agronomic_characteristics_of_maize">Effect of population density on stalk lodging resistant mechanism and agronomic characteristics of maize.</a> Acta Agronomica Sinia. 33, 1688-1695 (2007).</li>
<li>Hu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((QTL+mapping+of+stalk+bending+strength+in+a+recombinant+inbred+line+maize+population%5BTitle%5D)+AND+%22Theoretical+and+Applied+Genetics%22%5BJournal%5D)">QTL mapping of stalk bending strength in a recombinant inbred line maize population.</a> Theoretical and Applied Genetics. 126, 2257-2266 (2013).</li>
<li>Wilson, J. R., Mertens, D. R., Hatfield, R. D. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/jsfa.2740630406">Isolates of cell types from sorghum stems: Digestion, cell wall and anatomical characteristics.</a> Journal of the Science of Food and Agriculture. 63, 407-417 (1993).</li>
<li>Hatfield, R., Wilson, J., Mertens, D. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/230497359_Composition_of_cell_walls_isolated_from_cell_types_of_grain_sorghum_stems">Composition of cell walls isolated from cell types of grain sorghum stems.</a> Journal of the Science of Food and Agriculture. 79, 891-899 (1999).</li>
<li>Du, J., et al. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/305888478_Micron-scale_phenotyping_quantification_and_three-dimensional_microstructure_reconstruction_of_vascular_bundles_within_maize_stalks_based_on_micro-CT_scanning">Micron-scale phenotyping quantification and three-dimensional microstructure reconstruction of vascular bundles within maize stems based on micro-CT scanning.</a> Functional Plant Biology. 44 (1), 10-22 (2016).</li>
<li>Pan, X., et al. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/320376063_Three-dimensional_Reconstruction_of_Maize_Roots_and_Quantitative_Analysis_of_Metaxylem_Vessels_based_on_X-ray_Micro-Computed_Tomography">Reconstruction of Maize Roots and Quantitative Analysis of Metaxylem Vessels based on X-ray Micro-Computed Tomography.</a> Canadian Journal of Plant Science. 98 (2), 457-466 (2018).</li>
<li>McElrone, A. J., Choat, B., Parkinson, D. Y., MacDowell, A. A., Brodersen, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+high+resolution+computed+tomography+to+visualize+the+three+dimensional+structure+and+function+of+plant+vasculature%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Using high resolution computed tomography to visualize the three dimensional structure and function of plant vasculature.</a> Journal of Visualized Experiments. (74), e50162(2013).</li>
<li>Cloetens, P., Mache, R., Schlenker, M., Lerbs-Mache, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+phase+tomography+of+Arabidopsis+seeds+reveals+intercellular+void+network%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+Unites+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Quantitative phase tomography of Arabidopsis seeds reveals intercellular void network.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the Unites States of America. 103, 14626-14630 (2006).</li>
<li>Dorca-Fornell, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Increased+leaf+mesophyll+porosity+following+transient+retinoblastoma-related+protein+silencing+is+revealed+by+microcomputed+tomography+imaging+and+leads+to+a+system-level+physiological+response+to+the+altered+cell+division+pattern%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Journal%22%5BJournal%5D)">Increased leaf mesophyll porosity following transient retinoblastoma-related protein silencing is revealed by microcomputed tomography imaging and leads to a system-level physiological response to the altered cell division pattern.</a> Plant Journal. 76 (6), 914-929 (2013).</li>
<li>Verboven, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Void+space+inside+the+developing+seed+of+Brassica+napus+and+the+modelling+of+its+function%5BTitle%5D)+AND+%22New+Phytologist%22%5BJournal%5D)">Void space inside the developing seed of Brassica napus and the modelling of its function.</a> New Phytologist. 199, 936-947 (2013).</li>
<li>Brodersen, C. R., Roark, L. C., Pittermann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+physiological+implications+of+primary+xylem+organization+in+two+ferns%5BTitle%5D)+AND+%22Plant%2C+Cell+%26+Environment%22%5BJournal%5D)">The physiological implications of primary xylem organization in two ferns.</a> Plant, Cell & Environment. 35, 1898-1911 (2012).</li>
<li>Choat, B., Brodersen, C. R., McElrone, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synchrotron+X-ray+microtomography+of+xylem+embolism+in+Sequoia+sempervirens+saplings+during+cycles+of+drought+and+recovery%5BTitle%5D)+AND+%22New+Phytologist%22%5BJournal%5D)">Synchrotron X-ray microtomography of xylem embolism in Sequoia sempervirens saplings during cycles of drought and recovery.</a> New Phytologist. 205, 1095-1105 (2015).</li>
<li>Torres-Ruiz, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+x-ray+microtomography+observation+confirms+the+induction+of+embolism+upon+xylem+cutting+under+tension%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Physiology%22%5BJournal%5D)">Direct x-ray microtomography observation confirms the induction of embolism upon xylem cutting under tension.</a> Plant Physiology. 167, 40-43 (2015).</li>
<li>Staedler, Y. M., Masson, D., Schönenberger, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plant+tissues+in+3D+via.+x-ray+tomography%3A+simple+contrasting+methods+allow+high+resolution+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Plant tissues in 3D via. x-ray tomography: simple contrasting methods allow high resolution imaging.</a> PLoS One. 8, 75295(2013).</li>
<li>Zhang, Y., Legay, S., Barrière, Y., Méchin, V., Legland, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Color+quantification+of+stained+maize+stem+section+describes+lignin+spatial+distribution+within+the+whole+stem%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Science+of+Food+and+Agriculture%22%5BJournal%5D)">Color quantification of stained maize stem section describes lignin spatial distribution within the whole stem.</a> Journal of the Science of Food and Agriculture. 61, 3186-3192 (2013).</li>
<li>Legland, D., Devaux, M. F., Guillon, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Statistical+mapping+of+maize+bundle+intensity+at+the+stem+scale+using+spatial+normalisation+of+replicated+images%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Statistical mapping of maize bundle intensity at the stem scale using spatial normalisation of replicated images.</a> PLoS One. 9 (3), 90673(2014).</li>
<li>Heckwolf, S., Heckwolf, M., Kaeppler, S. M., de Leon, N., Spalding, E. P. <a target="_blank" href="https://plantmethods.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13007-015-0070-x">Image analysis of anatomical traits in stem transections of maize and other grasses.</a> Plant Methods. 11, 26(2015).</li>
<li>Wu, H., Jaeger, M., Wang, M., Li, B., Zhang, B. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+distribution+of+vessels%2C+passage+cells+and+lateral+roots+along+the+root+axis+of+winter+wheat+%28Triticum+aestivum%29%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Botany%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional distribution of vessels, passage cells and lateral roots along the root axis of winter wheat (Triticum aestivum).</a> Annals of Botany. 107, 843-853 (2011).</li>
<li>Chopin, J., Laga, H., Huang, C. Y., Heuer, S., Miklavcic, S. J. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26398501">RootAnalyzer: A Cross-Section Image Analysis Tool for Automated Characterization of Root Cells and Tissues.</a> PLoS One. 10, 0137655(2015).</li>
<li>Passot, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+pearl+millet+root+architecture+and+anatomy+reveals+three+types+of+lateral+roots%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Plant+Science%22%5BJournal%5D)">Characterization of pearl millet root architecture and anatomy reveals three types of lateral roots.</a> Frontiers in Plant Science. 7, 829(2016).</li>
</ol>

המחברים אין לחשוף.

עם יישום מוצלח של CT טכנולוגיה בתחומים של וההתערבות, הנדסת חומרים, טכנולוגיה זו בהדרגה נכנס בתחומי בוטניקה וחקלאות, קידום מחקרים בתחום מדעי החיים צמח ככלי טכני מבטיח . בשנות ה-90 המאוחרות, טכנולוגיית CT שימש קודם ללמוד את מבנה מורפולוגי והפיתוח של מערכות השורשים של הצמח. בעשור האחרון, סינכרוטרון HRCT הפך להיות כלי רב עוצמה לא הורסות לביולוגים צמח, שימש בהצלחה כדי לזהות את רקמת מבנים של מערכת כלי הדם ענבים8, מבנה רקמות של תודרנית עלה9 , ...

מערכת כלי הדם תירס עובר את הצמח כולו, מן השורש גזע עלים, המהווה את נתיבי תחבורה מרכזיים עבור אספקת מים, חומרים מזינים מינרלים, חומרים אורגניים1. תפקיד חשוב נוסף של מערכת כלי הדם היא לספק תמיכה מכנית של הצמח תירס. לדוגמה, מורפולוגיה, מספר, והפצה של חבילות וסקולריים השורשים, הגבעולים קשורה קשר הדוק ההתנגדות לינה של צמחי תירס2,3. בזמן הנוכחי, מחקרים על המבנה האנטומי של חבילות וסקולריים בעיקר לנצל מיקרוסקופיים וטכניקות ultramicroscopic כדי להציג את מבנה אנטומי של חלק מסויים של גזע, עלים, או שורש, ואז למדוד ואת לספור את המבנים הללו של ריבית על ידי חקירה ידנית. אין ספק, מדידה ידנית של מבנים מיקרוסקופיים שונים ב- microimages בקנה מידה גדול היא עבודה מאוד מייגע ולא יעיל, שמגביל מאד את מידת הדיוק של תכונות microphenotypic, בשל הסובייקטיביות שלה, חוסר עקביות4, 5.
תירס יש אין התפתחות משנית, וכן התוכן מורכב בעיקרו במים meristem הראשי. ללא כל רעלני, טריים דגימות של רקמות תירס ניתן ישירות לסרוק באמצעות מכשיר מיקרו-CT; עם זאת, תוצאות הסריקה הם כנראה עני ומחוספס. הסיבות העיקריות מסוכמים כדלקמן: (1) הנחתה נמוך צפיפות של רקמות הצמח, וכתוצאה מכך ניגוד נמוכה של המספר האטומי ורעש גבוה בתמונות; (2) צמח טרי חומרי נוטים הביתי של הפסיכולוג במהלך הסריקה הסביבה הרגילה, כפי שדווח על ידי Du6. הבעיות הנ ל הפכו האילוצים העיקריים עבור פיתוח, יישום של טכנולוגיה microphenotyping תירס, חיטה, אורז, monocotyledons אחרים. . כאן, אנחנו מציגים את פרוטוקול הכנה דגימה' כדי pretreat את הדגימות של תירס גזע, עלים, שורש. פרוטוקול זה מונע התייבשות של דפורמציה של הצמח חומרים במהלך ה-CT סריקה; לכן, זה מועיל להגדיל את זמן השימור דוגמאות צמחים עם nondeformation. יתר על כן, הצעד צובעת המבוסס על יוד מוצק גם משפר את החדות של הצמח חומרים; לכן, זה גורם שיפורים משמעותיים באיכות הדמיה של מיקרו-טי יתר על כן, פיתחנו תוכנות עיבוד תמונה, בשם VesselParser, כדי לעבד את התמונות CT של תירס גבעולים ועלים. תוכנה זו משלבת סט צינורות עיבוד תמונה לבצע ניתוח phenotyping תפוקה גבוהה, אוטומטי לתמונות CT דו-ממדי של רקמות שונות. חבילות עילאיים, כל חתך הרוחב של גזע תירס, עלה מזוהים, חילוץ, מזוהה באמצעות שיטת עיבוד תמונה אוטומטי. כתוצאה מכך, אנו משיגים 31 פנוטיפים מיקרוסקופיים של הגזע תירס ו ה33 פנוטיפים מיקרוסקופיים של העלה תירס. עבור הסדרה תמונת CT של השורש תירס, פיתחנו ערכת עיבוד תמונה לרכוש תכונות פנוטיפי תלת-ממדי של כלי metaxylem. ערכה זו עדיפה על היעילות של ייבוא תמונות ושיחזור לעומת שיטות מסורתיות.
תוצאות אלה מציינים כי התמונה עיבוד צינורות בהתחשב שמאפייני מיקרו רנטגן רגילים-CT הדמיה מספקות שיטה יעילה עבור phenotyping מיקרוסקופית של חבילות עילאיים; זה מאוד ומצרה את היישומים של CT טכניקות במדעי הצמח ומשפר את phenotyping אוטומטי של צמח חומרי-רזולוציה הסלולר6,7.

<table><tbody><tr><td>Skyscan 1172 מערכת טומוגרפיה ממוחשבת רנטגן</td><td>Bruker Corporation, בלגיה</td><td>NA</td><td>לסריקת</td></tr><tr><td>CT CO2 מערכת ייבוש נקודה קריטית (Leica CPD300)</td> <td>Leica Corporation, גרמניה</td><td>NA</td><td>לייבוש מדגם</td></tr><tr><td>אתנול</td><td>כל</td><td>NA</td><td>לקיבוע FAA</td></tr><tr><td>פורמלדהיד</td><td>כל</td><td>NA</td><td>לקיבוע FAA</td></tr><tr><td>אצטי חומצה</td><td>כל</td><td>NA</td><td>לקיבוע FAA</td></tr><tr><td>להב כירורגי</td><td>כל</td><td>NA</td><td>לחיתוך המדגם</td></tr><tr><td>מדפסת תלת מימד</td><td>משכפל Makerbot 2, MakerBot Industries, ארה"ב</td><td>NA</td><td>להדפסת סלי הדגימה של שורש תירס, גבעול</td></tr><tr><td>ועלים צינור צנטריפוגה</td><td>קורנינג, ארה"ב</td><td>NA</td><td>הנח את חומרי השורש, הגבעול או העלים</td></tr><tr><td>יוד מוצק</td><td>כל</td><td>NA</td><td>לדוגמא צביעה</td></tr><tr><td>של תוכנת SkyScan Nrecon</td><td>SkyScan NRecon, גרסה: 1.6.9.4, Bruker Corporation, Belgium</td><td>NA</td><td>לשחזור תמונה</td></tr><tr><td>תוכנת VesselParser</td><td>VesselParser, גרסה: 3.0, המרכז הלאומי למחקר הנדסי לטכנולוגיית מידע בחקלאות (NERCITA), בייג'ינג, סין</td><td></td><td>NA פרוטוקול ניתוח תמונה לתמונת CT בודדת של גזע תירס או עלה</td></tr><tr><td>ScanIP</td><td>ScanIP, גרסה: 7.0; Simpleware, אקסטר, בריטניה</td><td>NA</td><td>תוכנת עיבוד תמונה תלת מימד</td></tr><tr><td>כפפות לטקס</td><td>כל</td><td>פינצטה NA</td><td></td></tr><tr><td></td><td>כל</td><td>NA</td><td></td></tr></tbody></table>

טכניקות phenotyping בקנה מידה מיקרון של חבילות וסקולריים תירס מבוסס על צילום רנטגן טומוגרפיה microcomputed

Micron-scale Phenotyping Techniques of Maize Vascular Bundles Based on X-ray Microcomputed Tomography

זה הכרחי לכמת במדויק את מבנים אנטומיים של חומרים תירס מבוסס על טכניקות ניתוח התמונה תפוקה גבוהה. כאן, אנו מספקים "פרוטוקול הכנה מדגם" תירס חומרים (כלומר, גזע, עלים, שורש) מתאים microcomputed רגילים טומוגרפיה (מיקרו-CT) סריקה. על סמך תמונות CT ברזולוציה גבוהה של תירס גזע, עלים, שורש, אנו מתארים שני פרוטוקולים לניתוח פנוטיפי של חבילות עילאיים: (1) על סמך התמונה CT של תירס גזע, עלים, פיתחנו צינור ניתוח תמונה ספציפית באופן אוטומטי לחלץ 31 33 תכונות פנוטיפי של חבילות עילאיים; (2) מבוסס על סדרת תמונות של CT של שורש תירס, אנחנו להגדיר ערכת עיבוד תמונה עבור תלת-ממדי (3-D) חלוקת metaxylem כלי חילוץ דו-ממדית (2-D) ותכונות פנוטיפי תלת-ממדיים, כגון עוצמת, פני שטח של כלי metaxylem, וכו לעומת מדידה ידנית מסורתית של וסקולריים צרורות של חומרים תירס, הפרוטוקולים המוצע באופן משמעותי לשפר את היעילות והדיוק של כימות פנוטיפי בקנה מידה מיקרון.

פרוטוקול הכנה מדגם מתאים סריקה מיקרו-CT רגיל לא רק מונעת את דפורמציה של רקמות הצמח אך גם משפר את הניגוד ספיגת קרני רנטגן. צמח pretreated חומרים נסרקים באמצעות מערכת מיקרו-CT לתמונות באיכות גבוהה פרוסה, הרזולוציה הגבוהה ביותר יכול להגיע 2 מיקרומטר לפיקסל. איור 4 מציג את התמונות הסרוקות מיקרו-CT של גזע, עלים, שורש, הניגוד בתמונה יש שיפור משמעותי לעומת התוצאות שנסרקו מחומרים טריים צמח. הדימויים פרוסה CT, הבדלים משמעותיים ברמת אפור ערכים הם מקהים בין חבילות וסקול...

אנו מספקים שיטה כדי לשפר את הניגודיות הקליטה רנטגן רקמת תירס מתאים סריקת טומוגרפיה microcomputed רגיל. על סמך CT תמונות, אנחנו מציגים את ערכה של זרימות עבודה של עיבוד תמונה עבור חומרים תירס שונים ביעילות לחלץ פנוטיפים מיקרוסקופיים של וסקולריים צרורות של תירס.

טכניקות Phenotyping בקנה מידה מיקרון של חבילות וסקולריים תירס מבוסס על צילום רנטגן טומוגרפיה Microcomputed

It is necessary to accurately quantify the anatomical structures of maize materials based on high-throughput image analysis techniques. Here, we provide a ...

שיטה זו יכולה להיות לענות על שאלות מהירות בטכניקות פנוטיפים בקנה מידה מיקרון המתוכנן לבנות. כגון חלקיקי סריקת מיקרו-CT, ושיטת הניתוח הפנוטיפית לחבילות כלי דם תירס. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא לספק דרכים חדשות ויעילות לחקור תכונות פנוטיפיות של צרור כלי דם תירס על ידי הכנת מדגם, סריקת CT, וניתוח של פרוטוקולים.ההשלכות של טכניקה זו מרחיבות את היישומים של סריקת מיקרו-CT רגילה ומדעי צמחים אחרים. פרוטוקול זה ניתן לשנות בקלות כדי להתאים חומרים צמחיים אחרים, כגון התייבשות של הליך ייבוש. כדי להתחיל, לאסוף את הגבעול, עלה, ואת השורש מצמחים תירס טרי.ולחלק אותם לשלוש קבוצות מדגם. לאחר מכן, השתמש בלהב כירורגי כדי לחתוך קטע אחד עד 1.5 ס"מ של internode גזע באמצע. באמצעות אותו להב כירורגי, חותכים קטע של 1/2 עד 2 ס"מ מרוחב העלה המרבי לאורך הכיוון האנכי עם הוריד הראשי.השתמש בלהב הכירורגי כדי לחתוך קטע 1/2 ס"מ מהשורש הקרקע. לאחר מכן, השרו את מקטעי הדגימה בתסרון FAA למשך שלושה ימים לפחות. ייבשו את מקטעי הדגימה למשך 30 דקות בשישה מעברי צבע אתנול רציפים.לאחר מכן מניחים את חומרי הצמח בסלי המדגם המתאימים. העבר במהירות את הסלים לתא המדגם של מערכת ייבוש נקודה קריטית פחמן דו חמצני. מניחים את החומרים הצמחיים המיובשים לתוך צינור צנטריפוגה 50 מיליליטר עם שני גרם של יוד מוצק.ואז למקם את הצינורות בחדר חסין אור במשך ארבע עד חמש שעות. תחילה, הגדר את הפרמטרים לסריקת CT בהתאם לפרוטוקול הטקסט. לאחר מכן, הגדר את טווחי הסריקה בהתאם לגדלים ולנפחים השונים של חומרי הצמח המשמשים.לאחר מכן, התאימו את גודל פיקסל ההדמיה באופן הבא:שני מיקרומטרים לשורש. 6.77 מיקרומטר לגזע. ו-10 מיקרומטר לעלה.לבנייה מחדש של תמונות פרוסות, השתמשו בתוכנת בניית תמונות להמרת נתוני CT גולמיים לתמונות פרוסת CT ברזולוציית 2K. תחילה, ציין את סוג האיבר כדי לאתחל צינורות אלגוריתמים שונים בתוכנת ההדמיה האוטומטית. לאחר מכן, לחץ על לחצן הפרמטרים של השיטה ובחר גזע תירס, או עלה תירס, בתיבה הנפתחת הראשונה.לחצו על לחצן 'ניהול נתונים', קבעו את ספריית העבודה וייבאו את כל תמונות הפרוסות בספריה. לאחר מכן בחרו תמונות בודדות או מרובות פרוסות בצינורות התמונה. לאחר מכן, קבעו את גודל הפיקסל של התמונה.בחרו בלחצן 'פרמטרי שיטה' והזינו את גודל הפיקסל של התמונה בפריט העריכה המתאים. לאחר מכן, לחץ על כפתור חישוב phenotyping כדי לחלץ באופן אוטומטי תכונות פנוטיפיות של חבילות כלי הדם עבור כל התמונות פרוסה שנבחרו. לחץ על לחצן הניתוח הסטטיסטי כדי ליצור פלט של תוצאות ניתוח זה כקובץ טקסט או CSV.ייבאו את התמונות המשוחזרות של שורשי תירס, וקבעו את פרמטרי החלל המדויקים. לאחר מכן השתמש בכלי הגאוסיאני רקורסיבי כדי להחליק את התמונות ולשפר את איכות התמונה. התאם את פרמטרי הסף כדי לבצע פילוח תלת-מימדי של כלי metaxylem.פעולה זו תיצור תווית צבע אחידה עבור כל כלי metaxylem מחובר. לאחר מכן, לשפר ולזהות את כלי metaxylem באופן אינטראקטיבי באמצעות מורפולוגיה bitwise, פעולות מילוי שיטפון. לאחר מכן, לבצע הדמיה נפח ושחזור פני השטח של כלי.לבסוף, השתמש בכלי סטטיסטיקת המסכה כדי לספור ולמדוד את התכונות הפנוטיפיות של כלי ברמות הדו-מימד והתל-מימד. באמצעות הניתוח המתואר בפרוטוקול, חושבו התכונות הפנוטיפיות של חבילות כלי דם בגבעולי תירס, עלים ושורשים. נוצרה הדמיה תלת-מימדית של כלי השורש והמטקסים, תוך שימוש בתוצאות של פילוח, שחזור והדמיה של אמצעי אחסון.פרוטוקול הכנת הדגימה הנכון משפר באופן משמעותי את איכות הסריקה של מיקרו-CT לגזע תירס, עלה ושורש. עם צינור פולט אוטומטי כדי לחלץ במהירות את התכונות הפנוטיפיות של חבילות כלי דם עבור גזע תירס ועלה. ואת ההתקנה ואת פולטים עיבוד סריקה כדי לנתח את התכונות פנוטיפיות 3D של חבילות כלי דם עבור שורש תירס.טכניקה זו מספקת דרך מעשית להסמכה פנוטיפית מדויקת ומהירה וזיהוי חבילות כלי דם תירס.

micron-scale-phenotyping-techniques-maize-vascular-bundles-based-on-x

Research

JoVE Journal

Biology

ביולוגיה

רזולוצית רנטגן טומוגרפיה ממוחשבת גבוהה (HRCT) היא טכניקת הדמיה לאבחון לא הרסנית שניתן להשתמש בו כדי ללמוד את המבנה והתפקוד של מערכת כלי דם צמח ב-3D. אנחנו מדגימים איך HRCT מאפשר חקר של רשתות העצה על פני מגוון רחב של רקמות צמח ומינים.

שימוש ברזולוציה גבוהה טומוגרפיה ממוחשבת כדי להמחיש את המבנה התל ממדים ופונקציה של הצמח vasculature

טכניקת התערבות RNA פעמיים תקועה (dsRNAi) היא מועסק ללמטה להסדיר את אנזים cinnamoyl תירס רדוקטאז גן (ZmCCR1) לתוכן ליגנין צמח נמוך יותר. ליגנין למטה תקנה מקיר התא דמיינו ידי ניתוח מיקרוסקופי ולכמת בשיטת Klason. שינויי הלחנה בhemicellulose ותאיים גבישים מנותחים.

ליגנין Down-תקנה של<em&gt; Zea mays</em&gt; באמצעות dsRNAi וKlason ליגנין ניתוח

לכימות חלוקת התאים והתרחבותם יש חשיבות מכרעת להבנת צמיחת הצמח השלם. כאן, אנו מציגים פרוטוקול לחישוב פרמטרים תאיים הקובעים את קצב גידול עלי התירס ומדגישים את השימוש בנתונים אלה לחקירת מנגנוני ויסות צמיחה מולקולרית על ידי הכוונת אסטרטגיות דגימה ספציפיות לשלב ההתפתחות.

ניתוח קינמטית של חטיבה ואת הרחבת תא: כימות הבסיס הנייד של אזורי התפתחותית צמיחת הדגימה<em&gt; Zea Mays</em&gt; מותיר

לגנים רבים בעלי חשיבות התפתחותית יש דפוסי ביטוי ספציפיים לתאים או לרקמות. מאמר זה מתאר ניסויי LM RNA-seq לזיהוי גנים המתבטאים באופן דיפרנציאלי בגבול להב-נדן עלי התירס ובמוטציות lg1-R בהשוואה לסוג בר. השיקולים הניסיוניים שנדונו כאן חלים על ניתוחים טרנסקריפטומיים של תופעות התפתחותיות אחרות.

עיצוב ניסיוני עבור לייזר Microdissection RNA-seq: לקחים מניתוח התפתחות תירס ליף

Micro-CT הוא כלי לא הרסני שיכול לנתח מבנים צמחיים בתלת מימד. הפרוטוקול הנוכחי מתאר את הכנת הדגימה כדי למנף מיקרו-CT לניתוח מבנה ותפקוד צמחים טפיליים. מינים שונים משמשים כדי להדגיש את היתרונות של שיטה זו בשילוב עם תכשירים ספציפיים.

מינוף סריקת מיקרו-CT לניתוח אינטראקציות טפיליות בין צמח למארח

פרימורדיה של עלי תירס עטופה ומגולגלת עמוק, מה שמקשה על מחקרם. כאן, אנו מציגים שיטות להכנת חתכים רוחביים ותושבות שלמות של פרימורדיה של עלי תירס להדמיה פלואורסצנטית וקונפוקלית.

שיטות משופרות להכנת חתכים רוחביים ותושבות שלמות לא מגולגלות של פרימורדיה של עלי תירס להדמיה פלואורסצנטית וקונפוקלית

תכננו פרוטוקול פנוטיפ מבוסס תמונה כדי לקבוע את התגובות המורפולוגיות והפיזיולוגיות לטיפולי חום, בצורת וכריתת מים בודדים ומשולבים. גישה זו אפשרה זיהוי של תגובות מוקדמות, מאוחרות והתאוששות ברמת צמח שלם, במיוחד חלקים מעל פני הקרקע, והדגישה את הצורך בשימוש בחיישני הדמיה מרובים.

פנוטיפ מבוסס תמונה בתפוקה גבוהה לקביעת תגובות מורפולוגיות ופיזיולוגיות ללחצים בודדים ומשולבים בתפוח אדמה

הערכת ההבדלים האנטומיים בין חתכי העלים C3 ו- C4 מסייעת להבין את יעילות הפוטוסינתזה. מאמר זה מתאר הכנה ובדיקה של חתכי עלים חופשיים ודקים למחצה, יחד עם האזהרות בהכנה למיני היבול Triticum aestivum ו-Zea mays.

הערכת תכונות מבניות ב- Triticum aestivum ו - Zea mays עבור התמיינות פוטוסינתטית C3 ו- C4 באמצעות חתכים חופשיים ודקים למחצה

מוצגת שיטה להדמיה בעלות נמוכה של צמחים למדידת פנוטיפים, יחד עם שיטות עבודה מומלצות ללכידת תמונות וצינור ניתוח תמונה לכימות תכונות הצמח. שיטות אלה יושמו למדידת פנוטיפים של תירס (Zea mays) תחת חום, בצורת ותנאי עקה אביוטיים משולבים.

הדמיה וניתוח לכימות תירס (Zea mays) פנוטיפים של מתח אביוטי

השתמשנו synchrotron רנטגן טומוגרפיה במתקן האירופי קרינה Synchrotron (ESRF) אל הלא פולשני לייצר 3D מערכי נתונים טומוגרפית עם רזולוציה פיקסל של 0.7μm. באמצעות עיבוד תוכנה נפח, זה מאפשר את שיקום מבנים פנימיים במצב הטבעי שלהם, ללא חפצים המיוצר על ידי חתך היסטולוגית.

לא פולשני-3D ויזואליזציה עם תת מיקרון החלטה שימוש Synchrotron-X-ray-טומוגרפיה

למד טכניקות פנוטיפינג בקנה מידה מיקרון של חבילות וסקולריות בתירס באמצעות מיקרו-CT. שיטה זו מאפשרת חילוץ תכונות פנוטיפיות מדויקות מגבעולים, עלים ושורשים לקידום מחקרי מדעי הצמחים.

טכניקות Phenotyping בקנה מידה מיקרון של חבילות וסקולריים תירס מבוסס על צילום רנטגן טומוגרפיה Microcomputed

גלה סרטונים נוספים