Utilizzando ad alta risoluzione Tomografia Computerizzata Per visualizzare la struttura tridimensionale e funzione delle piante Vasculature

Summary

Alta risoluzione x-ray tomografia computerizzata (HRCT) è una tecnica non distruttiva imaging diagnostico che può essere utilizzata per studiare la struttura e la funzione della vascolarizzazione dell'impianto in 3D. Dimostriamo come HRCT facilita l'esplorazione di reti xilematici in una vasta gamma di tessuti e specie vegetali.

Abstract

Ad alta risoluzione x-tomografia computerizzata a raggi (HRCT) è una tecnica non distruttiva di diagnostica per immagini con sub-micron capacità di risoluzione che viene ora utilizzato per valutare la struttura e la funzione della rete di impianti xilema in tre dimensioni (3D) (ad esempio, Brodersen et al . 2010; 2011; 2012A, b). HRCT immagini si basa sugli stessi principi della medicina sistemi CT, ma una ad alta intensità di sincrotrone a raggi X Fonte dei risultati a maggiore risoluzione spaziale ed è diminuito il tempo di acquisizione delle immagini. Qui, abbiamo dimostrato in dettaglio come sincrotrone a base di HRCT (eseguita presso l'Advanced Light Source-LBNL Berkeley, CA, USA) in combinazione con il software Avizo (VSG Inc., Burlington, MA, USA) viene utilizzato per esplorare xilema stabilimento di asportato tessuto e piante viventi. Questo strumento di imaging consente agli utenti di andare al di là tradizionale statica, luce 2D o microscopio elettronico e di campioni di studio virtuali utilizzando sezioni seriali in qualsiasi piano. Un numero infinito di fette in ogni c orientamentoun essere effettuata sullo stesso campione, una caratteristica che è fisicamente impossibile utilizzando metodi di microscopia tradizionali.

I risultati dimostrano che la HRCT può essere applicato sia erbacee e specie di piante legnose, e una serie di organi vegetali (foglie, cioè piccioli, steli, tronchi, radici). Le cifre qui presentate contribuire a dimostrare sia una serie di anatomia vascolare rappresentante dell'impianto e il tipo di dettaglio estratto da set di dati HRCT, comprese le scansioni per Coast Redwood (Sequoia sempervirens), noce (Juglans spp.), Quercia (Quercus spp.), E acero ( Acer spp.) alberelli di girasole (Helianthus annuus), viti (Vitis spp.), e felci (Pteridium aquilinum e Woodwardia fimbriata). Campioni asportati ed essiccati di specie legnose sono più facili da eseguire la scansione e genere permette di ottenere le immagini migliori. Tuttavia, i recenti miglioramenti (ad esempio le scansioni più rapide e la stabilizzazione del campione) hanno reso possbile utilizzare questa tecnica di visualizzazione su tessuti verdi (es piccioli) e in piante viventi. In occasione alcuni restringimento di idrati tessuti vegetali verdi farà sì che le immagini di sfocatura e metodi per evitare questi problemi sono descritti. Questi progressi recenti con HRCT fornire promettenti nuove intuizioni funzione di piante vascolari.

Introduction

L'acqua viene trasportata dalle radici alle foglie delle piante in un tessuto vascolare chiamato xilema - una rete di condotti interconnessi, fibre, e di vita, le cellule metabolicamente attive. Funzione di trasporto delle xilema impianto deve essere mantenuto per la fornitura di acqua e sostanze nutritive alle foglie per la fotosintesi, la crescita, e in ultima analisi, la sopravvivenza. Trasporto dell'acqua in condotti xilematici può essere interrotta quando la rete xilema è compromessa da germi patogeni. In risposta a tali impianti infezioni spesso producono gel, gomme e tyloses come mezzo per isolare diffusione patogeno (ad es McElrone et al 2008....

Protocol

Dettagli del protocollo descritti di seguito sono stati scritti appositamente per il lavoro presso l'Advanced Light Source 8.3.2 linea di luce. , Potranno essere necessarie per il lavoro in altri impianti di sincrotrone. Messa in sicurezza e la formazione radiazione è necessario per l'utilizzo di queste strutture.

1. Preparazione del campione per le piante vive

1. Coltivare piante in vaso ~ cm 10 di diametro, e assicurarsi che il fusto principale (o la parte della pianta da sottoporre a scansione), è il più centrato possibile e orientato verticalmente nel piatto. Le dimensioni fisiche dello strumento HRCT hutch ai limiti a....

Results

Synchotron HRCT sono state attuate con successo su una vasta gamma di tessuti vegetali e delle specie che utilizzano 8.3.2 linea di luce (Figura 5), e hanno fornito nuove informazioni sulla struttura e la funzione di xilema stabilimento di una risoluzione senza precedenti in 3D. Le funzionalità di visualizzazione e l'esplorazione forniti dalle ricostruzioni 3D (come illustrato nelle figure 6-8, e 1-3) Film consentire determinazione precisa della posizione e l'orientamento delle struttur.......

Discussion

Synchotron HRCT fornisce biologi vegetali con un potente, non distruttivo strumento per esplorare i meccanismi interiori della vascolarizzazione pianta in dettaglio incredibile. Questa tecnologia è stata utilizzata di recente per identificare precedentemente non descritta strutture anatomiche in modo differenziato xilema vite che alterano la connettività di rete xilema in varie specie di vite (Brodersen et al 2012b, in corso di stampa.) - Questa connettività potrebbe alterare drasticamente la capacità .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Vedi le specifiche elencate sopra riguardo all'attrezzatura alla linea di luce avanzata 8.3.2