本稿では,シロイヌナズナの花粉管誘導・受容観察のためのセミインビトロ(SIV)法の改良により,胚珠の受容性を高める方法について述べる.ハイスループットSIV兼セプタム法は、配偶体マーカーラインおよび遺伝的にコード化されたバイオセンサーと組み合わせて、受精の動的プロセスを監視できます。
このコンテンツを表示するには、JoVEへの購読が必要です。 または、無料トライアルをお申し込みください。
本稿では,シロイヌナズナの花粉管誘導・受容観察のためのセミインビトロ(SIV)法の改良により,胚珠の受容性を高める方法について述べる.ハイスループットSIV兼セプタム法は、配偶体マーカーラインおよび遺伝的にコード化されたバイオセンサーと組み合わせて、受精の動的プロセスを監視できます。
顕花植物では、雌しべ内の花粉管(雄性配偶体)の成長と誘導、および雌性配偶体による花粉管の受容が二重受精とその後の種子発育に不可欠です。花粉管受容中の雄と雌の配偶体の相互作用は、花粉管破裂と2つの精子細胞の放出で最高潮に達し、二重受精をもたらします。花粉管の成長と二重受精は花の組織内に深く隠れているため、この過程を 生体内で観察することは困難です。
モデル植物シロイヌナズナの受精の生細胞イメージングのためのセミインビトロ(SIV)法が開発され、いくつかの研究で実施されています。これらの研究は、顕花植物で受精プロセスがどのように起こるか、そして雄と雌の配偶体の相互作用の間にどのような細胞的および分子的変化が起こるかという基本的な特徴を解明するのに役立ちました。ただし、これらの生細胞イメージング実験には個々の胚珠の切除が含まれるため、イメージングセッションあたりの観察数が少なく、このアプローチは面倒で非常に時間がかかります。他の技術的困難の中でも、花粉管がin vitroで胚珠を受精させることができないことがしばしば報告され、そのような分析はひどく混乱します。
ここでは、花粉管の受容と受精を自動化されたハイスループットな方法でイメージングするための詳細なビデオプロトコルが提供されており、イメージングセッションごとに花粉管の受容と破裂を最大40回観察できます。遺伝的にコードされたバイオセンサーとマーカーラインの使用と組み合わせることで、この方法は、時間の投資を抑えて大きなサンプルサイズを生成することを可能にします。花の病期分類、解剖、培地調製、イメージングなど、この技術のニュアンスと重要なポイントは、花粉管の誘導、受容、および二重受精のダイナミクスに関する将来の研究を容易にするために、ビデオ形式で明確に詳細に説明されています。
有性生殖生物における遺伝的にユニークな子孫の生成は、男性と女性の配偶子の融合の成功に依存しています。顕花植物では、二重受精中の2つの雄性配偶子(精子細胞)と2つの雌配偶子(卵細胞および中心細胞)との相互作用は、花粉管(雄性配偶体)からの精子放出に依存する。このプロセスは花粉管受容と呼ばれ、胚嚢内に存在する相乗細胞(雌性配偶体)によって大きく制御されています1,2。花粉管受容は花の奥深くで行われるため、セミインビトロ(SIV)花粉管受容と呼ばれる生細胞イメージングを可能にする方法が確立されました3。この方法では、切除されたシロイヌナズナを半液体の花粉発芽培地に置き、スタイル伝達管接合部で切断された雌しべの柱頭とスタイルを通して成長する花粉管によって標的とされます3,4。この技術の開発以来、詳細な観察により、花粉管の誘導、受容、および受精を取り巻くいくつかの発見につながりました。とりわけ、これらの発見には、柱頭3を介した成長による花粉管標的能力の獲得、花粉管到達時の相乗作用における細胞内カルシウム振動の開始5,6,7,8,9、および花粉管破裂時の精子細胞の放出と受精のダイナミクスが含まれます10.しかし、この技術は胚珠の摘出に依存しているため、受精の観察数は限られており、花粉管の受容が異常であることが多く、花粉管破裂の失敗につながります(ビデオ1および補足ファイル1)。したがって、花粉管の受容と受精のハイスループット分析を可能にする、より効率的なアプローチが必要です。
このプロトコルの開発では、花粉管の受容を分析するためのいくつかの新しいアプローチがテストされ、最も「in vitro」の方法から最も「in vivo」の方法まで、中隔全体の切除に基づく効率的な技術が決定され、1日あたり最大40回の受精観察が可能になりました。ここでは、花の病期分類、解剖、培地の準備、イメージング設定など、技術のニュアンスと重要なポイントについて概説します。このプロトコルに従うことにより、花粉管誘導、花粉管受容、および二重受精に焦点を当てた研究が促進されるはずです。この方法が可能にするより高いサンプルサイズは、ライブイメージング実験から導き出された結論の科学的健全性を強化することが期待されます。この技術の潜在的な用途には、遺伝的にコードされたバイオセンサーの使用による配偶体相互作用中の細胞質カルシウム濃度([Ca2+]cyt)、pH、またはH2O2の分子的および生理学的変化の観察を行うことが含まれるが、これらに限定されない。さらに、受容的相乗作用の変性、精子細胞移動、または核分裂などの細胞学的変化は、この改良された方法を使用してより容易に観察することができる。最後に、受精のさまざまな段階のタイミングを広視野顕微鏡で監視し、共焦点レーザー走査顕微鏡(CLSM)または2光子励起顕微鏡(2PEM)を使用してより詳細な分析を行い、より高い解像度と3D再構成を行うことができます。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
注意: このプロトコルで使用される材料と機器のリストについては、 材料の表 を参照してください。
1. イメージング実験の設計に関する考慮事項
2.花粉発芽培地の調製
3.セプタムドナー、スティグマドナー、花粉ドナーの花の病期分類

図1:中隔ドナー、柱頭ドナー、花粉ドナーの花の病期分類。 (A)花序内の シロイヌ ナズナの花(Ler-0)の段階。ステージ12Bのつぼみは、開こうとしている花びらと黄色の無葯を持っていますが、すべてのがく片、花びら、雄しべを取り除くことによって去勢する必要があります。雌しべ(雌の配偶体メーカーを抱く)は、24時間後にセプタムドナーとして使用できます。(B)花序内の シロイヌナ ズナの花(Col-0)の段階。ステージ12Bの芽は、花びらからかろうじて出ている黄色の葯と柱頭があり、すべてのがく片、花びら、雄しべを取り除くことによって去勢する必要があります。雌しべは、24時間後に柱頭ドナーとして使用でき、開いて花粉を落とす花(雄の配偶体マーカーを宿す)によって受粉する必要があります。受粉した柱頭は受粉から1時間以内に解剖されるべきです。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
4.セプタム解剖

図2:中隔と柱頭の解剖のクイックガイド 。 (A)中隔解剖のステップ。インスリン注射針で雌しべを両面テープに固定し、スタイル-卵巣接合部と卵巣-椎弓根接合部に切り込みを入れ、続いていずれかの心皮の中隔に沿って浅い切り込みを入れます(ステップ1)。カーペットの壁をはがしてテープに戻します(ステップ2)。上部のセプタムの下でリプラムを切ります(ステップ3)。スタイルでセプタムを切り、ペディセルで鉗子を使用して取り外します(ステップ4)。セプタムを寒天培地に置き、鉗子でやさしく埋め込みます。(B)スティグマ解剖のステップ。雌しべ(受粉<1時間前)を両面テープに固定し、かみそりの刃でスタイルと卵巣の接合部で切断します(ステップ6)。中隔の横にあるインスリン針で寒天培地に柱頭を置き、距離を約250μmに調整します(ステップ7〜8)。スタイルのマイクロパイルとベースの周りに半液体プールが形成されていることを確認します(ステップ9)。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
5.スティグマ解剖
6. イメージング

図3:SIV兼セプタムイメージングスキーム。 (A)ステレオスコープを通して見たように、12の受粉柱頭と3つのセプタムを備えた完全なSIV兼セプタムセットアップ。(B)10倍対物レンズを使用したインキュベーション後5時間で見られた完全なSIV兼セプタムセットアップのマージ画像と、5つの概要領域(それぞれ~1 mm)に多段階取得用にマークされています。緑色のボックスは、シナジイドで爆発的なバーストを受けた花粉管を受け取った胚珠を示しています。(C)異なる時点での概観領域2の詳細なビュー。顕微鏡の湿度チャンバーでインキュベートしてから約3時間後、花粉管は小丘の近くに到着し、6時間のイメージングまでに、ほとんどの胚珠は花粉管(緑色の四角)を適切に受け取っているはずです。これらの胚珠は、爆発的な花粉管破裂(アスタリスク)を受けます。スケールバー = (A) 5 mm, (B,C) 500 μm. この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
シロイヌナズナの花粉管破裂に対する受容性シナジイドの核変性のタイミングを評価するとともに、左右のシナジロイドが受容シナジロイドになる運命にあるかどうかを観察するために、ここで説明したSIV兼中隔法を採用し、雌性配偶体核マーカーとシグイド細胞質マーカー(pFG:roGFP2-ORP1-NLS, pMYB98:roGFP2-ORP1)をセプタムドナーとし、雄性配偶体マーカー(pLAT52:R-GECO)を花粉ドナーとする。セプタムと受粉した柱頭は、プロトコルのセクション4〜5に従って、去勢の24時間後に解剖され、前日に準備された培地でガラス底皿に置かれました。各皿を顕微鏡上の湿度チャンバーに入れ、5つの概観領域を備えた10倍の対物レンズ(開口数:0.4)を使用して多段階実験を行いました(図3)。各領域の画像は、R-GECO(25ミリ秒)の場合はチャンネル(1)560/640、roGFP2-ORP1(60ミリ秒)の場合はチャンネル(2)488/520、roGFP2-ORP1(60ミリ秒)の場合はチャンネル(3)3...
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
この原稿は、 シロイヌナズナの花粉管受容と二重受精のイメージングのための効率的なプロトコルを紹介します。改良された方法であるSIV cum septumは、イメージングセッションごとに観察可能な花粉管受信イベントの成功率と総数を大幅に増加させます。ここに示す代表的な結果は、41個の花粉管受容イベントが成功し、10個の胚珠が受容障害(~80%効率)を示すイメージングセッションを示しています。これは、元のSIV摘出胚珠法を使用して合計8回のイメージングセッションでキャプチャされた花粉管受容イベントの2倍以上です(ビデオ1)。5回の技術反復でSIV 兼セプタム 法を使用し、合計8回の隔壁で、花粉管の平均受容効率は79%でしたが、SIV切除隔壁法では8回の技術反復で平均28%でした(図4)。
花粉管の受容効率はSIV 兼中隔 法の方がはるかに高いですが、花粉管の異常増殖の例は、いくつかの要因に応じて、さまざまな速度で発生します...
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
著者らは利益相反を報告していない。
pFG:roGFP2-ORP1-NLSコンストラクトを寄贈してくださったSara Simonini氏とStefano Bencivenga氏、顕微鏡に関するアドバイスをくださったChristof Eichenberger氏、Johann Almendinger氏、Vincent Sutter氏、Celia Baroux氏に感謝します。ラヴィ・パラニヴェル、フィリップ・デニンガー、シャロン・ケスラー、マーク・ジョンソン、川島智和、および2022年の有性植物生殖に関する国際会議で、SIV兼セプタムに関するプロトコルに関心を示した他のすべての人からのアドバイスに感謝します。この研究は、チューリッヒ大学とスイス国立科学財団から英国への助成金によってサポートされました。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1mmスライドガラス | エプレディア | ||
| 35 mmガラス底皿(14 mm井) | Mattek | P35G-1.5-14-C | |
| 塩化カルシウム | ロス | CN93.1 | |
| コロンビア (Col-0) | ノッティンガムシロイヌナズナストックセンター(NASC) | 柱頭ドナー | |
| 解剖スコープ | オリンパス | SZX2-ILLT | |
| インスリン針 (0.3 G) | BD | 304000 | |
| ランズベルク エレクタ (Ler-0) | ノッティンガムシロイヌナズナストックセンター(NASC) | セプタムドナー | |
| 硫酸マグネシウム | メルク | 5886 | |
| 塩化カリウム | ロス | 6781.1 | |
| カミソリ刃 | ベルデュラ | 7026797 | |
| スコッチ両面テープ | スコッチ | 768720 | 厚さが少なく、柱頭解剖に適しています |
| 塩化ナトリウム | Roth | 3957.1 | |
| ショ糖 | ITW試薬 | A2211,1000 | |
| テサ両面テープ | テサ | 05681-00018 | 非常に粘着性があり、セプタム解剖に適しています |
| 超低ゲル化温度アガロー | FMC SeaPrep | 50302 |
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。