Name: X 線マイクロ断層レントゲン写真撮影に基づいてトウモロコシの維管束のミクロン スケール表現型解析技術 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-10-09T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 21 s
Description: 学ぶマイクロCTスキャンによるトウモロコシ維管束のミクロンスケール表現型解析技術。試料前処理と画像処理ワークフローを用いて、茎・葉・根の維管束の詳細な形質評価を実現し、植物科学の研究に貢献します。

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この研究は、国家自然科学基金、中国の (No.31671577)、科学と技術革新特別建設資金を供給されたプログラムの北京アカデミーの農業と林業 Sciences(KJCX20180423)、研究によって支えられました。ポスドクの北京、北京自然科学基金 (5174033) 中国 (2016YFD0300605-01) の開発プログラム研究財団 (2016 ZZ-66) と北京アカデミー農業と林業科学研究補助金 (KJCX20170404) (JNKYT201604)。

1. サンプル準備のプロトコル
<ol><li>サンプリング、幹、葉、収集し新鮮なトウモロコシからルートし、サンプル グループ (各 4) の 3 種類に分けます。その後、外科ブレードを使用して次のように小さなセグメントにそれらをカット: (1) カット、中間のセグメントの茎の節間 1 〜 1.5 cm の長さ;(2) 葉 0.5 - 主な静脈; を縦方向に長さ 3 cm 最大幅のセグメントをカットします。(3) 長さ 0.5 cm の根のセグメントにカットします。</li>
	<li>FAA 固定のため少なくとも 3 d のため、FAA のソリューション (90:5:5 v/v/v、70% エタノール: 100% ホルムアルデヒド: 100% 酢酸) でセグメントのサンプルを浸します。</li>
	<li>6 連続エタノール グラデーション (すなわち30%、50%、70%、85%、95%、100%) の退避手順を実行し、30 分として各エタノール グラデーションの処理時間を設定します。</li>
	<li>3 D プリンターを使用して製造された対応するサンプル バスケットの植物素材を配置します。その後、CO2臨界点乾燥システムのサンプル セルにサンプル バスケットをすばやく転送します。乾燥パラメーターを次のように設定します。 (CO 1)2 : 速い速度。ホルダー フィラー: 100%。 (2) 担当: CO2料金遅延 120 のサイクルに。交換速度: 5 します。 サイクル番号: 12。 (ガス 3): 高速熱します。速度: 遅い 50%。<ol>
<li>トウモロコシ根の形態の違いによると、茎し、葉、(例えば図 1) 3次元プリンターを使用してデザインと印刷のサンプル バスケット。</li>
	</ol>
</li>
	<li>揮発性ヨウ素蒸気の植物材料を染めるし、その後、遮光ルーム 4-5 h 用チューブを配置する固体ヨウ素の 2 g を 50 mL の遠心管に乾燥植物材料 (トウモロコシ根や茎、葉) を配置します。</li>
</ol>2. マイクロ CT スキャン プロトコル
<ol><li>生の CT データをスキャンする設定パラメーターを次のように走査型 CT: (茎、葉) 40 kV/250 μ A または (ルート) のための 34 の kV/210 μ A。対応範囲のサイズが異なると使用される植物材料のボリュームをスキャンして設定し、次のように画像のピクセル サイズを調整する: (トウモロコシの根) の 2.0 μ m、(トウモロコシ茎) の 6.77 μ m、(トウモロコシの葉) の 10.0 μ m。</li>
	<li>スライス画像を再構成するには、画像再構築ソフトウェアを使用して 2 K の解像度 (2,000 × 2,000 ピクセル) の CT スライス画像に raw CT データを変換します。詳細については、NRecon ユーザー マニュアル (http://bruker-microct.com/next/NReconUserGuide.pdf) で提供されます。</li>
</ol>トウモロコシの茎や葉のシングル CT 画像の画像の分析のプロトコル
注: は、トウモロコシの茎や葉は (図 2) の ct スライス内の維管束の表現分析を実施するのに維管束の自動イメージング ソフトウェアを使用します。ソフトウェアの使用手順は次のとおりです。
<ol><li>異なるアルゴリズムのパイプラインを初期化するオルガン型を任命します。メソッドのパラメーター ] ボタンをクリックし、最初のドロップ ダウン ボックスでトウモロコシ茎やトウモロコシの葉を選択します。</li>
	<li>画像をインポートするには、データ管理ボタンをクリックして作業ディレクトリを設定し、自動的にこのディレクトリ内のすべてのスライス画像をインポートします。画像のパイプラインにシングルまたはマルチ スライス画像を選択します。</li>
	<li>画像の実際のピクセルのサイズを決定します。メソッドのパラメーターをクリックし、ピクセル サイズの編集項目の画像の実際のピクセル サイズを入力します。</li>
	<li>表現型解析の計算ですべての選択したスライス画像の維管束の分化形質を自動的に抽出する表現型解析計算ボタンをクリックします。</li>
	<li>Txt ファイルや CSV ファイル形式として結果を出力する統計量の分析ボタンをクリックします。</li>
</ol>4 トウモロコシ根の CT 画像シリーズ イメージ分析のプロトコル
注: トウモロコシ根の CT 画像のシリーズ グリシンリッチプロテイン画像処理ソフトウェアを使用しての 3次元構造の抽出に利用されています。主な手順は次のとおりです。
<ol><li>トウモロコシの根 (BMP ファイル形式) に再建されたイメージをインポートし、正確な間隔パラメーター ([すなわちx、y、z] ボクセルの大きさ) を決定します。再帰的なガウス ツールを使用して、画像の品質を改善するためにこれらの画像を滑らかにします。</li>
	<li>しきい値パラメーターを調整することによってグリシンリッチプロテインの 3次元領域の分割を行うこれは各接続の metaxylem 容器の均一色ラベルを生成します。</li>
	<li>改善し、対話をビットごと、形態、使用してグリシンリッチプロテインと洪水塗りつぶし操作を識別します。</li>
	<li>血管ボリューム可視化と表面再構成を行います。マスクの統計ツールを使用して、2 D と 3 D のレベルで容器の形質を測る。</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>

著者が明らかに何もありません。

この技術生物医学、材料科学の分野で CT 技術の成功のアプリケーション、植物や有望な技術ツールとして植物生命科学研究を推進して、農業の分野に徐々 に導入されています。.1990 年代後半の CT の技術は形態学的構造と植物根系発達の勉強を初めて使われました。過去 10 年間でシンクロトロン HRCT 植物生物学の強力な非破壊のツールとなっている、ブドウの血管システム8の組織構造、シロイヌナズナ葉9の組織構造を識別するために使用されています,10、およびレイプ11の種子構造。シンクロトロン HRCT による構造の研究と維管束植物12,13,14の機能の大きな進歩をしました。ただし、トウモロコシ、小麦、米および他の穀物の HRC...

トウモロコシの維管束系を通るルートと水と無機成分と有機物1を提供するため主要な輸送経路を形成する葉を茎から、全体の植物。血管系のもう一つの重要な機能は、トウモロコシの葉の機械サポートを提供することです。たとえば、形態、数、根や茎の維管束の分布はトウモロコシ2,3の耐倒伏性に密接に関連します。現時点では、維管束の解剖学的構造の研究主に茎、葉、またはルートの特定の部分の解剖学的構造を表示する微視的・極微の技術を活用し測定し、カウントのこれらの構造手動調査の関心。確かに、大規模な microimages の様々 な微細構造の手動測定が非常に面倒で非効率的な作業とその主観と矛盾4のための microphenotypic 特性の精度が大幅に制限 5。
トウモロコシに二次成長がなく、セルの内容は基本的に一次分裂組織の水ので構成されています。任意の前処理なしトウモロコシ組織の新鮮なサンプル直接マイクロ CT 装置を使用してスキャンすることができます。ただし、スキャンの結果は、おそらく貧しいとラフです。主な理由は次のとおり: (1) 低減衰原子番号とイメージで高いノイズの低コントラストをもたらす植物組織の密度(2) 新鮮な植物材料は、Du6によって報告されたが脱水し、通常のスキャン環境中に縮小傾向があります。上記問題開発とトウモロコシ、ムギ、米および他の単子葉植物の microphenotyping 技術のアプリケーションの主な制約となっています。'サンプル準備のプロトコル' を紹介ここでは、トウモロコシの茎、葉および根のサンプルを前処理します。このプロトコルは脱水と CT スキャンの中に植物材料の変形を回避できます。したがって、nondeformation による植物試料の保存時間を増やすに有益です。さらに、固体ヨウ素に基づく染色の手順はまた植物材料のコントラストを強調します。従って、それはマイクロ ct 画像の品質で大幅な改善を作るさらに、という名前の VesselParser、トウモロコシの茎や葉の CT 画像を処理する画像処理ソフトウェアを開発しました。このソフトウェアは、異なる植物組織の CT 画像を 2 D の高スループットと自動フェノタイピング分析を実行する画像処理パイプラインのセットを統合します。トウモロコシの茎や葉の全体の断面における維管束が検出され、抽出、画像処理手法を使用して識別されます。その結果、我々 はトウモロコシの茎における微視的表現型 31 とトウモロコシの葉の微細な表現型 33 を取得します。トウモロコシの根の CT 画像シリーズ、グリシンリッチプロテインの 3次元の形質を獲得する画像処理方式を開発しました。この方式は、画像の取得と従来の方法と比較して復興の効率に優れています。
これらの結果は普通 x 線マイクロ CT の撮像特性を維管束の微細な表現の有効な手段を考慮したパイプラインの処理イメージを示すこれは非常に植物科学 CT 技術の応用を広げ、細胞分解能6,7で植物材料の自動の表現を向上します。

<table><tbody><tr><td>Skyscan 1172 X線コンピュータ断層撮影システム</td><td>ブルカーコーポレーション、ベルギー</td><td>NA</td><td>CTスキャン用</td></tr><tr><td>CO2臨界点乾燥システム (ライカCPD300)</td><td>ライカコーポレーション、ドイツ</td><td></td><td>NA サンプル乾燥用</td></tr><tr><td>エタノール</td><td>Any</td><td>NA</td><td>FAA固定用</td></tr><tr><td>ホルムアルデヒド</td><td>Any</td><td>NA</td><td>FAA固定用</td></tr><tr><td>酢酸酸</td><td>任意の</td><td>NA</td><td>FAA固定用</td></tr><tr><td>外科用ブレード</td><td>任意の</td><td>NA</td><td>サンプルの切断用</td></tr><tr><td>3Dプリンター</td><td>Makerbot replicator 2, MakerBot Industries, USA</td><td>NA</td><td>トウモロコシの根、茎、葉のサンプルバスケットの印刷用</td></tr><tr><td>遠心分離管</td><td>コーニング、USA</td><td>NA</td><td>根、茎、葉の材料を置く</td></tr><tr><td>固体ヨウ素</td><td>Any</td><td>NA</td><td>サンプル染色用</td></tr><tr><td>SkyScan Nreconソフトウェア</td><td>SkyScan NRecon、バージョン:1.6.9.4、ブルカーコーポレーション、ベルギーNA</td><td></td><td>画像再構成</td></tr><tr><td>用VesselParserソフトウェア</td><td>VesselParser、バージョン:3.0、農業情報技術のための国立工学研究センター(NERCITA)、北京、中国</td><td>NA</td><td>トウモロコシの茎または葉の単一CT画像のための画像解析プロトコル</td></tr><tr><td>ScanIP</td><td>ScanIP、バージョン:7.0;Simpleware, Exeter, UK</td><td>NA</td><td>3D画像処理ソフトウェア</td></tr><tr><td>ラテックス手袋</td><td>Any</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>ピンセット</td><td>Any</td><td>NA</td><td></td></tr></tbody></table>

x 線マイクロ断層レントゲン写真撮影に基づいてトウモロコシの維管束のミクロン スケール表現型解析技術

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

高速画像解析手法に基づくトウモロコシ材料の解剖学的構造を正確に定量化する必要は。ここでは、普通のマイクロ マイクロ CT 検査のスキャンに適したトウモロコシ材料 (すなわち幹、葉および根) の 'サンプル準備のプロトコル' を提供します。トウモロコシの茎、葉および根の高解像度の CT 画像を基に、維管束の表現型解析のための 2 つのプロトコルについて述べる: (1) 31 を自動的に抽出する特定のイメージ解析パイプライン開発したトウモロコシの茎と葉の CT 画像を用いた、・維管束の分化形質を 33(グリシンリッチプロテイン、ボリュームなどの 3-D 形質表面積とグリシンリッチプロテイン、三次元 (3 D) のセグメンテーションのための画像処理手法を設定し、2 次元 (2 D) を抽出 2) トウモロコシ根の CT 画像のシリーズに基づいて、などトウモロコシ材料の維管束の伝統的な手動測定と比べると、提案プロトコルでは効率とミクロン スケール表現型定量の精度大幅向上します。

普通マイクロ CT スキャンに適したサンプル準備のプロトコルは、植物組織の変形を防ぐだけでなく、また x 線吸収コントラストを高めます。高品質スライス画像にマイクロ CT を用いた前処理プラント材料がスキャンされ、最高の解像度は、2 μ m/ピクセルを達することができます。図 4は、幹、葉、根、スキャンしたマイクロ CT 画像を示しています、画像のコントラストが新鮮な植物材料からスキャン結果と比較して有意な改善。これらの CT スライス画像の濃淡値に有意差は維管束、柔細胞、導管、表皮、および他の組織の中で注目すべきです。
維管束のこのイメージング ソフトウェアに基づいて、全体の茎や葉の断面内の維管束の分布と構造機能自動的に解析でき定量化します。例として、トウモロコシの茎のイメージを取るし、ソフトウェアの表現型解析アルゴリズムは、5 つのステップで構成されています: スライス画像をセグメント、セ...

普通マイクロ断層レントゲン写真撮影スキャンに適したトウモロコシ組織の x 線吸収コントラストを改善する新たな方法を提供します。CT 画像を用いた異材トウモロコシ トウモロコシの維管束の微細な表現を効果的に抽出するための画像処理ワークフローのセットを紹介します。

X 線マイクロ断層レントゲン写真撮影に基づいてトウモロコシの維管束のミクロン スケール表現型解析技術

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

この方法は、計画されたミクロンスケールのフェノタイピング技術構築で簡単な質問に答えることができます。マイクロCT走査粒子など、トウモロコシ血管束の表現型分析法などが含まれる。この技術の主な利点は、サンプル調製、CTスキャン、およびプロトコルの分析によってトウモロコシ血管束の異型特性を調査する新しい効果的な方法を提供することです。この技術の意味合いは、通常のマイクロCTスキャンやその他の植物科学の応用を広げる。このプロトコルは乾燥手順の脱水のような他の植物材料を収容するために容易に変更することができる。開始するには、新鮮なトウモロコシの植物から茎、葉、根を収集します。そして、それらを3つのサンプルグループに分けます。次に、外科用ブレードを使用して、中幹間節の1〜1.5センチメートルのセグメントを切断する。同じ外科用ブレードを使用して、葉の最大幅から主静脈との垂直方向に沿って2センチメートルのセグメントを切断します。外科用ブレードを使用して、地面の根から1/2センチメートルのセグメントを切断します。この後、少なくとも3日間FAA溶液中のサンプルセグメントを浸します。サンプルセグメントを6つの連続したエタノール勾配で30分間脱水します。次に、植物材料を対応するサンプルバスケットに入れます。バスケットを二酸化炭素臨界点乾燥システムのサンプルセルに素早く移します。乾燥した植物材料を、2グラムの固体ヨウ素を含む50ミリリットルの遠心分離管に入れる。その後、チューブを防明室に4〜5時間置きます。まず、テキストプロトコルに従ってCTスキャンパラメータを設定します。次に、使用する植物材料のサイズと体積に応じてスキャン範囲を設定します。次に、イメージングピクセルサイズを次のように調整します。茎のための6.77マイクロメートル。そして、葉のための10マイクロメートル。スライスイメージを再構築するには、画像構築ソフトウェアを使用して、生のCTデータを2K解像度のCTスライス画像に変換します。まず、オルガンタイプを指定して、自動イメージングソフトウェアで異なるアルゴリズムパイプラインを初期化します。次に、メソッドパラメータボタンをクリックし、最初のドロップダウンボックスでトウモロコシの茎、またはトウモロコシの葉を選択します。データ管理ボタンをクリックし、作業ディレクトリを設定し、ディレクトリ内のすべてのスライスイメージをインポートします。次に、イメージ パイプラインに単一または複数スライスのイメージを選択します。次に、画像のピクセルサイズを決定します。メソッドパラメーターボタンを選択し、適切な編集項目に画像のピクセルサイズを入力します。その後、フェノタイピング計算ボタンをクリックして、選択したすべてのスライス画像の血管束の表向きの形質を自動的に抽出します。統計分析ボタンをクリックして、これらの分析結果をテキストまたは CSV ファイルとして出力します。トウモロコシの根の再構築されたイメージをインポートし、正確なスペースパラメータを決定します。次に、再帰ガウスツールを使用して画像を滑らかにし、画質を向上させます。メタキシルム容器の3Dセグメンテーションを行うために、しきい値パラメータを調整します。これにより、接続された各メタキシルム容器に均一なカラーラベルが作成されます。次に、モルフォロジービットワイズ、および洪水充填操作を使用して、メロネリでメタキシルム血管を改善し、同定します。次に、血管の体積可視化と表面再建を行う。最後に、マスク統計ツールを使用して、2D レベルと 3D レベルでの血管の表形特性をカウントして測定します。プロトコルで概説されている分析を用いて、トウモロコシの茎、葉、根の血管束の表皮の形質特性を計算した。分割、再構成、体積の可視化の結果を用いて、根およびメタキシルム容器の生成された3D視覚化が作成されました。適切なサンプル調製プロトコルは、トウモロコシの茎、葉、および根のマイクロCTのスキャン出力品質を大幅に向上させます。トウモロコシの茎と葉のための血管束の形質特性を迅速に抽出する自動放出パイプラインを使用します。そして、セットアップとメイズルートのための血管束の3Dの形質特性を分析するための処理スキャンを放出する。この技術は、正確かつ迅速なフェロツ修飾とトウモロコシの血管束の同定のための実用的な方法を提供します。

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Biology

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高分解能X線CT（HRCT）が3Dで植物の血管系の構造と機能を研究するために使用することができる非破壊画像診断法である。我々は、HRCTは植物組織や種の広い範囲にわたって木部ネットワークの探索を容易にする方法を示しています。...

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二本鎖RNA干渉（dsRNAi）技術は、より低い植物リグニン含量にトウモロコシシンナモイル補酵素Aレダクターゼ（ZmCCR1）遺伝子をダウンレギュレートするために採用される。細胞壁からのリグニンのダウンレギュレーションは、顕微鏡分析によって可視化しクラソン法により定量される。ヘミセルロースおよび結晶セルロース中の組成変化を分析する。...

のリグニンダウンレギュレーション<em&gt;トウモロコシ</em&gt; dsRNAiとクラソンリグニン分析によって

細胞の分裂と増殖を定量化することは、全植物の成長を理解するために非常に重要です。ここでは、トウモロコシの葉の成長速度を決定する細胞パラメータを計算するためのプロトコルを提示し、発生段階特異的なサンプリング戦略を指示することにより、これらのデータを分子成長調節メカニズムを調査するために使用することを強調します。...

細胞分裂と拡張の動解析：成長とサンプリング発達ゾーンの細胞基礎での定量化<em&gt;トウモロコシ</em&gt;葉

多くの発生的に重要な遺伝子は、細胞または組織特異的な発現パターンを持っています。この論文では、野生型と比較して、トウモロコシの葉身と鞘の境界で発現が異なる遺伝子とlg1-R変異体で発現が異なる遺伝子を特定するためのLM...

レーザーマイクロダイセクションRNA-のSeqのための実験デザイン：トウモロコシ葉の開発の分析からの教訓

マイクロCTは、植物の構造を3次元で解析できる非破壊ツールです。本プロトコルは、寄生植物の構造と機能を分析するためにマイクロCTを活用するためのサンプル調製について説明しています。特定の調製物と組み合わせた場合のこの方法の利点を強調するために、異なる種が使用される。...

マイクロCTスキャンを活用して寄生植物と宿主の相互作用を解析

トウモロコシの葉の原基は深く覆われて転がされているため、研究が困難です。ここでは、蛍光および共焦点イメージングのために、トウモロコシの葉の原基の横断切片と展開されたマウント全体を準備するための方法を紹介します。...

蛍光および共焦点イメージングのためのトウモロコシ葉原基の横断切片および展開されたマウント全体を調製するための改善された方法

私たちは、単一および複合的な熱、干ばつ、および浸水処理に対する形態学的および生理学的反応を決定するために、画像ベースの表現型決定プロトコルを設計しました。このアプローチにより、プラント全体、特に地上の部品レベルでの早期、遅延、および回復の応答を特定でき、複数のイメージングセンサーを使用する必要性が浮き彫りになりました。...

ジャガイモの単一および複合ストレスに対する形態学的および生理学的応答を決定するためのハイスループット画像ベース表現型

C3 と C4 の葉の断面の解剖学的違いを評価することは、光合成効率を理解するのに役立ちます。この論文では、フリーハンドおよび半薄葉の断面の準備と検査、および作物種 Triticum aestivum および Zea...

フリーハンドおよびセミシン切片を用いたC3およびC4光合成分化のためのTriticum aestivumおよびZea maysの構造形質の評価

表現型を測定するための植物の低コストイメージングの方法、画像キャプチャのベストプラクティス、および植物形質を定量化するための画像分析パイプラインが紹介されています。これらの方法は、暑さ、干ばつ、および複合的な非生物的ストレス条件下でのトウモロコシ(Zea...

トウモロコシ(Zea mays)非生物的ストレス表現型を定量化するためのイメージングと解析

我々は、非侵襲的に0.7μmのピクセル解像度での3D断層データセットを生成するために欧州放射光施設（ESRF）でシンクロトロンX線トモグラフィーを使用。ボリュームレンダリングソフトウェアを使用して、これは組織学的切片によって生成された人工物のない自然の状態で内部構造の再構築が可能になります。...

シンクロトロンX線トモグラフィを用いたサブミクロン分解能を持つ非侵襲的3次元可視化

学ぶマイクロCTスキャンによるトウモロコシ維管束のミクロンスケール表現型解析技術。試料前処理と画像処理ワークフローを用いて、茎・葉・根の維管束の詳細な形質評価を実現し、植物科学の研究に貢献します。

X 線マイクロ断層レントゲン写真撮影に基づいてトウモロコシの維管束のミクロンスケール表現型解析技術

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