Method Article

플랜트 루트 시스템 아키텍처 특성을 매핑하기 위한 간단한 프로토콜

DOI:

10.3791/64876

⸱

February 10th, 2023

 ,  , 
1Department of Biology, Western Kentucky University, 2Plant Biotechnology Division, CSIR Central Institute of Medicinal and Aromatic Plants, 3Academy of Scientific and Innovative Research (AcSIR), 4Department of Biology, St. Joseph's University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

우리는 간단한 실험실 도구를 사용하여 Arabidopsis 및 Medicago의 루트 시스템 아키텍처 (RSA)를 검사합니다. 묘목은 메쉬 위에 수경 재배되고 아트 브러시를 사용하여 RSA를 드러냅니다. 스캐닝 또는 고해상도 카메라를 사용하여 이미지를 촬영한 다음 ImageJ로 분석하여 특성을 매핑합니다.

Abstract

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식물 뿌리 시스템 아키텍처(RSA) 개발에 대한 포괄적인 지식은 영양소 사용 효율성을 개선하고 환경 문제에 대한 작물 재배 내성을 높이는 데 매우 중요합니다. 수경 재배 시스템, 묘목 성장, RSA 확산 및 이미징을 설정하기 위한 실험 프로토콜이 제시됩니다. 이 접근법은 폴리 카보네이트 쐐기로 지지되는 폴리프로필렌 메쉬를 포함하는 마젠타 상자 기반 수경 재배 시스템을 사용했습니다. 실험 설정은 다양한 영양소(인산염[Pi]) 공급 하에서 묘목의 RSA를 평가하여 예시됩니다. 이 시스템은 애기장대의 RSA를 조사하기 위해 설립되었지만 Medicago sativa (알팔파)와 같은 다른 식물을 연구하는 데 쉽게 적응할 수 있습니다. 애기장대( Col-0) 묘목은 식물 RSA를 이해하기 위한 예로 이 조사에서 사용됩니다. 종자는 에탄올 및 희석된 상업용 표백제를 처리하여 표면 멸균하고, 성층화를 위해 4°C에서 보관한다. 종자는 발아되어 폴리 카보네이트 쐐기로 지지되는 폴리프로필렌 메쉬의 액체 하프 MS 배지에서 자랍니다. 묘목은 원하는 일 수 동안 표준 성장 조건에서 재배되고 메쉬에서 부드럽게 골라내어 물이 함유 된 한천 플레이트에 담근다. 묘목의 각 뿌리 계통은 둥근 아트 브러시를 사용하여 물이 채워진 판에 부드럽게 펼쳐집니다. 이 페트리 플레이트는 RSA 특성을 문서화하기 위해 고해상도로 촬영하거나 스캔합니다. 1차 뿌리, 측면 뿌리 및 분기 영역과 같은 뿌리 특성은 무료로 제공되는 ImageJ 소프트웨어를 사용하여 측정됩니다. 이 연구는 통제된 환경 환경에서 식물 뿌리 특성을 측정하는 기술을 제공합니다. (1) 묘목을 재배하고, 뿌리 샘플을 수집 및 퍼뜨리고, (2) 퍼진 RSA 샘플의 사진을 얻고, (3) 이미지를 캡처하고, (4) 이미지 분석 소프트웨어를 사용하여 뿌리 속성을 정량화하는 방법에 대해 논의합니다. 본 방법의 장점은 RSA 형질의 다양하고 쉽고 효율적인 측정입니다.

Introduction

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지하에 있는 루트 시스템 아키텍처(RSA)는 식물 성장과 생산성 1,2,3을 위한 중요한 기관입니다. 배아 단계 후에 식물은 가장 중요한 형태 학적 변화를 겪습니다. 뿌리가 토양에서 자라는 방식은 땅 위의 식물 부분의 성장에 큰 영향을 미칩니다. 뿌리 성장은 발아의 첫 번째 단계입니다. 그것은 다른 이용 가능한 영양소 1,2,3,4에 독특하게 반응하기 때문에 유익한 특성입니다. RSA는 높은 수준의 발달 가소성을 나타내며, 이는 환경이 항상 개발 2,5에 대한 결정을 내리는 데 사용된다는 것을 의미합니다. 환경의 변화로 인해 현재 시나리오에서 작물 생산이 더욱 어려워졌습니다. RSA는 지속적으로 환경 신호를 개발 선택에 통합합니다5. 결과적으로 뿌리 발달....

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Protocol

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전체 프로토콜은 그림 1에 개략적으로 요약되어 있으며, 묘목의 뿌리 시스템 아키텍처 (RSA)를 밝히는 데 관련된 모든 필수 단계를 보여줍니다. 프로토콜 단계는 아래에 자세히 나와 있습니다.

1. 애기장대 종자 표면 살균

  1. 작은 스쿱(약 100개의 씨앗 = 약 2.5mg)의 씨앗을 미세분리기 튜브에 옮기고 실온(RT)에서 증류수에 30분 동안 담급니다. 이 모든 절차는 무균 상태에서 수행됩니다.
  2. RT에서 탁상용 원심분리기를 사용하여 종자가 들어 있는 미세분리기 튜브를 5초 동안 5 초 동안 잠시 원심분리합니다.
  3. 물을 디캔팅하고 70%(v/v) 에탄올 700μL를 넣고 몇 초 동안 소용돌이치고 회전합니다. 필요한 경우 와동 및 회전을 반복하되 70% 에탄올의 처리 시간이 3분으로 유지되도록 합니다.
  4. 3분 후 즉시 멸균수로 한 번 헹굽니다. 장기간 에탄올 노출은 발아를 감소시키므로 에탄올 세척 단계를 가능한 한 시기 적절하게 유지하십시오.
  5. 희석된 상업용 표백제(4% v/v)로 씨앗을 Tween-20 한 방울과 함께 7분 동안 처리합니다. 튜브를 빠르게 8-12회....

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Results

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루트 시스템 아키텍처(RSA)의 다양한 형태학적 특성은 간단한 실험실 도구를 사용하여 측정되며 단계는 그림 1에 개략적으로 설명되어 있습니다. 수경 재배 설정의 세부 사항은 RSA를 측정할 때 프로토콜의 잠재력을 보여줍니다(그림 1 및 그림 2).

겔화제에서 관찰된 차이를 감안할 때, 우리는 모든 연구를 수행하기 위해 수경재배 시스템을 사용하였다 3,10. 개념 증명으로, 이 수경 재배 시스템은 Pi 결핍 및 충분한 조건에서 명백한 대조 표현형을 반영하여 잘 작동합니다(그림 3). 애기장대 종자는 그림 2에 예시.......

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Discussion

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이 작업에서는 간단한 실험실 장비를 사용하여 RSA를 매핑하는 방법을 시연했습니다. 이 방법을 사용하면 표현형 변경이 정제 된 수준에서 기록됩니다. 이 전략의 이점은 싹 부분이 미디어와 접촉하지 않기 때문에 묘목의 표현형이 독창적이라는 것입니다. 이 방법은 프로토콜에 설명 된대로 묘목을 재배하기 위해 수경 재배 시스템을 설정하는 것을 포함합니다. 그런 다음 각 묘목을 그대로 꺼내 한천으로 채워진 페트리 플레이트에 놓습니다. 그런 다음 루트 시스템을 아트 브러시를 사용하여 수동으로 퍼뜨리고 ImageJ 소프트웨어 1,10,11,12로 사진을 촬영하여 분석합니다.

종자 발아는 박테리아, 곰팡이 및 바이러스를 제거하기 위해 종자 표면 살균이 필요합니다. 알코.......

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자는 이해 상충을 선언하지 않습니다.

Acknowledgements

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이 연구를 지원해 주신 미국 농무부(보조금 58-6406-1-017)에 감사드립니다. 우리는 또한 미국 켄터키주 볼링 그린에 있는 Western Kentucky University의 WKU 생명공학 센터와 기기 시설 및 지원을 제공한 인도 러크나우에 있는 CSIR Central Institute of Medicinal and Aromatic Plants의 소장에게 감사드립니다(CSIR CIMAP 원고 통신 번호 CIMAP/PUB/2022/103). SS는 미국 필라델피아에 있는 Saint Joseph's University의 재정 지원을 인정합니다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Arabidospsis thaliana (Col 0)Lehle SeedsWT-02Columbia (Col-0**, 마커 없음)*
아트 브러시Amazon 또는 기타 공급업체수채화 원형 브러시 크기 번호 14 (8 mm), 16 (9.5 mm), 18 (12 mm) 및 20 (14.2 mm)
디지털 카메라가 있는 자동 현미경Leica MicrosystemsLAS 버전 4.12.0, Leica Microsystems
이미징 소프트웨어ImageJ이미지J V
  1.8.0
마젠타 박스 GA-7피셔 사이언티픽 50-255-176
Medicago sativaJohnny's Seeds
Petri-plate (150 mm x 15 mm)USA Scientific8609-0215150 mm x 15 mm PS 페트리 접시 (https://www.usascientific.com)
사진 카메라대포 또는 Nikon매크로 모드의 모든 높은 메가 픽셀 (인치당 최소 12 메가 픽셀) 카메라
Plant-AgarSigma-AldrichA3301아가르겔  식물 조직 배양에 적합
폴리카보네이트 시트아마존1 mm  두꺼운
폴리프로필렌 메시아마존포어 사이즈 250 &마이크로; m, 500 &마이크로; m 및 1000 µ m
스캐너Epson EpsonPerfection V700 사진 (600dpi로 스캔)

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Shukla, D., Rinehart, C. A., Sahi, S. V. Comprehensive study of excess phosphate response reveals ethylene mediated signaling that negatively regulates plant growth and development. Scientific Reports. 7 (1), 3074(2017).
  2. Rellán-Álvarez, R., Lobet, G., Dinneny, J. R.

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Root System ArchitecturePlant Root TraitsHydroponic SystemArabidopsis ThalianaRoot ImagingImageJ AnalysisLateral Root DensityPrimary Root LengthNutrient DeficiencyRoot Phenotyping

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