Method Article

모델 식물 애기장대 의 Thigmomorphogenesis의 연구를 위한 노동 절약 및 반복 가능한 터치 포스 신호 돌연변이 스크린 프로토콜

DOI:

10.3791/59392

⸱

August 6th, 2019

 ,  ,  ,  , 
1Division of Life Science, Energy Institute, Institute for the Environment, The Hong Kong University of Science and Technology, 2Shenzhen Research Institute, The Hong Kong University of Science and Technology

In This Article

Summary

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부드러운 터치 포스 로딩 기계는 인간의 머리 브러시, 로봇 팔 과 컨트롤러에서 내장되어 있습니다. 헤어 브러쉬는 기계에 설치된 로봇 팔에 의해 구동되며 주기적으로 이동하여 식물에 터치 포스를 가합니다. 기계 구동 헤어 터치의 강도는 수동으로 적용된 터치의 강도와 비슷합니다.

Abstract

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세포내 및 세포외 기계적 자극(또는 힘 신호)에 반응하는 식물은 특별한 형태학적 변화를 일으킵니다. 지난 수십 년 동안, 몇몇 신호 성분은 메카노트랜스덕션(예를 들어, 칼슘 이온 결합 단백질 및 자스몬산 생합성 효소)에 관여하기 위해 확인되고 보고되었다. 그러나, 힘 신호 또는 thigmomorphogenesis의 연구에서 연구의 상대적으로 느린 속도는 크게 두 가지 이유에 기인: 힘든 인간의 손으로 조작 터치 유도에 대 한 요구 사항 thigmomorphogenesis 및 힘 강도 오류 사람의 손터치와 관련이 있습니다. 식물 유기체에 대한 외부 하중의 효율성을 향상시키기 위해 자동 터치 포스 로딩 기계가 제작되었습니다. 이 로봇 팔 구동 헤어 브러시 터치는 노동력을 절약하고 쉽게 반복 할 수있는 터치 포스 시뮬레이션, 무제한 터치 반복 및 조정 가능한 터치 강도를 제공합니다. 이 모발 터치 포스 로딩 기계는 터치 포스 신호 돌연변이의 대규모 스크리닝과 식물 의 회모 형성의 페노믹스 연구에 모두 사용될 수 있다. 또한, 인간의 머리카락과 같은 터치 재료는 동물 털, 실크 스레드 및 면섬유와 같은 다른 천연 재료로 대체 될 수 있습니다. 기계의 자동 이동 암에는 각각 빗방울과 바람의 자연적인 힘을 모방하기 위해 물을 뿌리는 노즐과 에어 블로어가 장착 될 수 있습니다. 이 자동 헤어 터치 포스 로딩 기계를 손으로 수행 된 면봉 터치와 결합하여, 우리는 두 개의 힘 신호 돌연변이, MAP KINASE KINASE 1 (MKK1) 및 MKK2 식물의 터치 응답을 조사했습니다. . 접촉력 로드 야생형 식물 및 2개의 돌연변이체의 현상을 통계적으로 평가하였다. 그들은 터치 응답에 상당한 차이를 나타냈다.

Introduction

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식물 티그모모포제네시스는 1973년 MJ자페에 의해 만들어진용어이다. 그것은 식물 tropism하지만 햇빛이나 중력의 자극에 의해 발생하는 잘 알려진 포토로피즘 또는중력과 는 다른 2,3. 그것은 주기적인 기계적인 자극과 관련되었던 표현형 변경을 기술합니다, 이전 시간4,5에서식물학자에 의해 빈번히 관찰되었습니다. 빗방울, 바람, 식물, 동물 및 인간의 손길, 심지어 동물물림조차도 식물4,5에서힘 신호를 유발하는 메카노 자극의 상이한 유형으로 간주된다. 식물 의 특징은 볼팅의 지연을 포함, 짧은 줄기, 초본 식물에서 작은 장미 / 잎 크기, 우디 식물두꺼운 줄기6,7,8. 이것은 미모사 식물 또는 다른 메카노에 민감한 덩굴에서 흔히 발견되는 티그모나스틱 또는 티그모트로픽 반....

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Protocol

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1. 종자 준비

참고: 야생형(Col-0)의 애기장대 종자뿐만 아니라 MKk1 및 mkk2 기능 상실 돌연변이체는 애기장대 생물자원센터(ABRC, https://www.arabidopsis.org, Columbus, OH)로부터 구입하였다.

  1. 신뢰할 수 있는 통계 분석을 위해 각 유전자형의 얼마나 많은 식물 개인을 사용할지 계산합니다. 각 라인의 발아 속도에 따라 충분한 수의 씨앗을 준비하십시오( 일반적으로 실험에 필요한 것보다 4-5 배 더 많은 시간). 터치 응답 분석에 사용할 수 있는 건강하고 균일한 크기의 식물의 수를 충분히 보장합니다. 이 프로토콜에 따르면, 유전자형 당 300-500 씨앗은 일반적으로 비슷한 크기의 80-90 식물을 생산하는 데 사용됩니다.
  2. 차가운 물에 씨앗을 담그고 4 °C (알루미늄 호일로 덮여 서 어둡게 유지)에 저장하여 종자 침폐를 하십시오. 씨앗을 뿌리고 5-7 일 후에 심미를 뿌린후.

2. 식물 성장

  1. 식물 성장에 적합한 토양을 선택합니다(재료 표참조). 큰 덩어리를 피하고 균일하게 섞는다.
  2. 24 플라....

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Results

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자동 헤어 터치 포스 로딩 기계
식물의 형태학적 변화를 관찰하기 위해 재현 가능한 성장 조건과 치료 방법은 반복 가능한 결과를 얻는 데 핵심적인 것입니다. 이 고처리량 및 자동 터치 포스 신호 돌연변이 스크리닝은 새로 구축된 헤어 터치포스 로딩 머신인 Model K1(그림 1, 그림2)에 의해 달성된다. 이 헤어 브러쉬는 최대 4 개의 식물 트레이를 동시에 만질 수 있습니다. 트레이에 24 컵이 놓여 있었고, 대조군과 처리된 식물로 사용되는 그룹에서 12 컵의 식물이 있었습니다(그림2C,D). 각 컵에, 4 개의 식물을 재배 하 고 총 48 이하 식물 개인 같은 머리 브러시에 의해 감동 했다, 나중에 통계 분석을 위한 충분 한 식물을 보장. 하나의 Model K1 터치 머신에서 최대 4개의 유전자형을 동시.......

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Discussion

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Thigmomorphogenesis는 기계적인 섭동을 향해 복잡한 식물 성장 반응입니다, 이는 세포 신호 및 식물 호르몬의 활동의 네트워크를 관련시킵니다. 바람직하지 않은 환경 조건25,26에서살아남기 위해 식물의 적응 진화의 결과입니다. 기계적 터치, 특히 인간의 손가락 터치 와 핸드 헬드 면봉 터치, 이전의 thigmomorphogenetic 연구14,20에서이러한 형태 학적 변화를 연구하기 위해 선택되었다. 플랜트 터치 응답을 트리거하는 이 단순화된 터치 포스 로딩 버전은 제어및 적용이 더 쉽습니다. 또한, 이러한 유형의 터치-포스 로딩 방법은 자연환경(19)에서생성된 바람 및 비-낙하 자극된 힘 신호를 어떤 식으로든 모방할 수 있다. 터치력은 칼슘 스파이크를 유발하고, 단.......

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Disclosures

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저자는 공개 할 것이 없다.

Acknowledgements

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이 연구는 다음과 같은 보조금에 의해 지원되었다: 31370315, 31570187, 31870231 (중국 국립 과학 재단), 16100318, 66101113, 16103114, 16103817, 16103817, AoE/M-403 홍콩의.. 저자는 주풍 정밀 및 자동화 기술 제한 (심천, 중국) 그림1에 표시된 여러 회로도의 제공에 감사드립니다 .

저자는 또한 터치 포스 로딩 기계의 개발에 기여 한 S. K. 청과 W. C. 리 에게 감사드립니다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
4 개의 헤어 브러시사용자 정의
1 개의 홀더1000mm 길이 홀더와 560mm 길이의 로봇 팔
57 스테퍼 모터57HS22-A
다목적 화분 토양Plantmate, 홍콩
애기장대 식물 씨앗애기장대 생물 자원 센터, 콜럼버스, 오하이오애기장대 종자 구매
BIO-MIX 포팅 substratumJiffy Products International BV, 네덜란드1000682050두 개의 토양을 혼합하여 애기장대를 성장시켰습니다. 모든 용도의 화분 토양 및  BIO-MIX는 1:2
IL 1700 연구용 복사계International Light, Newburyport, MA전파장 및 광합성 활성 방사선의 광도를 모두 측정할 수 있습니다.
ImageJhttps://imagej.nih.gov/ij/download.html무료 다운로드 소프트웨어
Ju Feng Precision and Automation Technology LimitedShenzhen, China벨트 구동식 리니어 액추에이터 및 기타 기계 모듈의 경우
슬라이드 블록Y 가이드 레일 모듈 또는 Y 보조 거더를 슬라이드 블록 뒤쪽에 고정
X축의 접합 플레이트 모듈사용자 정의X 가이드 레일 모듈과 X 보조 거더
슬라이드 WDT4045블록을
연결하기 위해 X 축 가이드 레일 모듈843mm, 사용자 정의2 개의 슬라이드 블록과 1 개의 57 스테퍼 모터
WDT4045 Y 축 가이드 레일 모듈1038mm가 사전 설치, 사용자 정의2 개의 슬라이드 블록과 1 개의 57 스테퍼 모터
가 사전 설치됨X축 보조 거더843mm, 맞춤형2개의 슬라이드 블록이 사전 설치됨
Y축 보조 거더1038mm, 맞춤형2개의 슬라이드 블록이 사전 설치
가있는 4 개의 로봇 팔 입니다.의 접합판을 구입하여 됨

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Jaffe, M. J. Thigmomorphogenesis: the response of plant growth and development to mechanical stimulation with special reference to Bryonia dioica. Planta. 114, 143-157 (1973).
  2. Vandenbrink, J. P., Kiss, J. Z., Herranz, R., Medina, F. J.

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ThigmomorphogenesisTouch Force SignalingArabidopsis ThalianaAutomatic Touch MachineRobotic Arm Hair BrushMutant Screen ProtocolBolting Delay AnalysisRosette Area MeasurementCox Hazards ModelMechanical Force Loading

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