Name: X 선 Microcomputed 단층 촬영에 따라 옥수수 혈관 번들의 미크론 단위 형질 기법 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-10-09T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 21 s
Description: 배우세요 옥수수 혈관 번들의 미크론 단위 형질 분석법을 X선 마이크로 CT 스캐닝과 이미지 처리 워크플로우를 활용하여. 이 방법은 식물 형질 분석 및 생물학적 특성 연구에 효과적입니다.

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이 연구는 국립 자연 과학 재단의 중국 (No.31671577), 과학 및 기술 혁신 특별 한 건설 투자 프로그램의 베이징 아카데미의 농업 및 임업 Sciences(KJCX20180423), 연구에 의해 지원 되었다 중국 (2016YFD0300605-01)의 개발 프로그램, 베이징 자연 과학 재단 (5174033), 베이징 박사 후 연구 재단 (2016 ZZ-66), 베이징 아카데미의 농업 및 임업 과학 그랜트 (KJCX20170404) ( JNKYT201604)입니다.

1. 샘플 준비 프로토콜
<ol><li>샘플링, 줄기, 잎, 수집 하 고 신선한 옥수수 식물에서 루트 샘플 그룹 (각 그룹 4 복제)의 세 가지 유형으로 나눕니다. 다음, 작은 세그먼트 외과 블레이드를 사용 하 여 다음과 같은 방식으로 그들을 잘라: (1) 컷의 중간 세그먼트 줄기 위치인 1-1.5 c m 길이; (2) 잘라 잎 0.5-주요 정 맥;와 수직 방향 따라 길이 3 cm의 최대 폭의 세그먼트 (3) 길이에서 크라운 루트 0.5 cm의 세그먼트를 잘라.</li>
	<li>연방 항공국 고정을 위한 샘플 세그먼트 적어도 3 d는 FAA 솔루션 (90:5:5 v/v/v, 70% 에탄올: 100% 포름알데히드: 100% 아세트산) 담근 다.</li>
	<li>6 연속 에탄올 그라디언트 (즉, 30%, 50%, 70%, 85%, 95%, 100%)에서 탈수 절차를 수행 하 고 각 에탄올 그라데이션 처리 시간 30 분으로 설정.</li>
	<li>식물 재료; 3 차원 프린터를 사용 하 여 제조 하는 해당 샘플 바구니에 배치 다음, 신속 하 게 공동2 중요 한 포인트 건조 시스템의 샘플 셀에 샘플 바구니 전송. 건조 매개 변수를 다음과 같이 설정: (1) CO2 : 빠른 속도. 홀더 필러: 100%. (주기 2) 충전: CO2 충전 지연 120 s. 교환 속도: 5. 번호 주기: 12. (3) 밖으로 가스: 열, 빨리. 속도: 느린, 50 %입니다.<ol>
<li>에 따르면 옥수수 뿌리, 줄기, 잎, 디자인과 3 차원 프린터 (예를 들어, 그림 1)를 사용 하 여 인쇄 샘플 바구니의 형태학 적 차이.</li>
	</ol>
</li>
	<li>휘발성 요오드 증기와 식물 재료를 염색 하 고, 다음, 4-5 h에 대 한 광선이 방에 튜브 장소를 고체 요오드의 2 세대 원심 분리기 50 mL 튜브에 (옥수수 뿌리, 줄기, 또는 잎) 말린된 식물 재료를 넣습니다.</li>
</ol>2. 마이크로-CT 스캐닝 프로토콜
<ol><li>원시 CT 데이터를 검색 하려면 다음과 같이 매개 변수를 검사 하는 CT 설정: 40 kV/250 µ A (대 한 줄기와 잎) 또는 34 kV/210 µ A (루트)에 대 한. 다양 한 크기와 사용, 식물 재료의 볼륨에 대 한 범위를 검사 하는 해당 설정 및 이미징 픽셀 크기를 다음과 같이 조정: 2.0 µ m (옥수수 루트에) 대 한, (대 한 옥수수 줄기), 6.77 µ m와 10.0 µ m (옥수수 잎)에 대 한.</li>
	<li>슬라이스 이미지 재구성, 이미지 복구 소프트웨어를 사용 하 여 2k 해상도 (2000 x 2000 픽셀) CT 조각 심상으로 원시 CT 데이터를 변환. 자세한 내용은 NRecon 사용자 설명서 (http://bruker-microct.com/next/NReconUserGuide.pdf)에서 제공 됩니다.</li>
</ol>3. 이미지 분석 프로토콜 옥수수 줄기 또는 잎의 단일 CT 이미지에 대 한
참고: 혈관 번들에 대 한 자동 이미징 소프트웨어를 사용 하 여 옥수수 줄기와 잎 (그림 2)의 CT 슬라이스 이미지 내에서 혈관 번들의 형질 분석. 소프트웨어 사용 단계는 다음과 같이 설명 되어 있습니다.
<ol><li>다른 알고리즘 파이프라인을 초기화 하 기관 유형 임명. 메서드 매개 변수 단추를 클릭 하 고 첫 번째 드롭 다운 상자에서 옥수수 줄기 또는 옥수수 잎을 선택 합니다.</li>
	<li>이미지를 가져오려면 데이터 관리 버튼을 클릭 하 고 작업 디렉터리를 설정 하 고이 디렉터리에서 자동으로 모든 조각 이미지 가져오기. 이미지 파이프라인에 단일 또는 다중 슬라이스 이미지를 선택 합니다.</li>
	<li>이미지의 실제 픽셀 크기를 결정 합니다. 메서드 매개 변수 단추를 클릭 하 고 픽셀 크기의 편집 항목에서 이미지의 실제 픽셀 크기를 입력 합니다.</li>
	<li>형질 계산에 대 한 모든 선택한 슬라이스 이미지에 대 한 혈관 뭉치의 phenotypic 특성을 자동으로 추출 하 형질 계산 단추를 클릭 합니다.</li>
	<li>TXT 나 CSV 파일 형식으로 결과 출력 하기 위해 통계 분석 단추를 클릭 합니다.</li>
</ol>4. 이미지 분석 프로토콜 옥수수 루트의 CT 이미지 시리즈
참고: 옥수수 뿌리의 CT 이미지 시리즈를 이미지 프로세싱 소프트웨어를 사용 하 여 metaxylem 혈관의 3 차원 구조를 추출 활용 됩니다. 주요 단계는 다음과 같습니다.
<ol><li>(BMP 파일 형식)에서 옥수수 뿌리의 복원된 이미지를 가져올 고 정확한 간격 매개 변수 ([즉, x, y, z] 복의 크기)를 결정 합니다. 재귀 가우스 도구를 사용 하 여 이미지 품질을 개선 하기 위해 이러한 이미지를 매끄럽게.</li>
	<li>Metaxylem 혈관의 3 차원 세분화; 임계값 매개 변수를 조정 하 여 실시 이 각 연결 된 metaxylem 선박에 대 한 균일 한 색상 레이블을 생성합니다.</li>
	<li>개선 하 고 대화형으로 사용 하 여 형태학, 비트, metaxylem 선박 및 홍수 채우기 작업을 식별 합니다.</li>
	<li>볼륨 시각화와 표면 혈관 재건을 실시 합니다. 마스크 통계 도구를 사용 하 여 계산 하 고 측정 하는 2 차원 및 3 차원 수준에서 선박의 phenotypic 특성.</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>

저자는 공개 없다.

CT 기술 의학 및 재료 과학의 분야에서의 성공적인 응용 프로그램,이 기술은 점차적으로 도입 되었습니다 식물학 및 유망 기술 도구로 식물 생명과학 연구를 추진 하는 농업 분야에 . 1990 년대 후반에, CT 기술 형태학 상 구조 및 식물 뿌리 시스템의 개발 연구에 처음 사용 되었다. 지난 10 년간, 싱크 로트 론 HRCT 식물 생물학을 위한 강력 하 고, 비파괴 도구가 되고있다 그리고 성공적으로 포도 혈관 시스템8의 조직 구조, 애기 잎9 의 조직 구조를 식별 하는 데 사용 되었습니다. , 10, 그리고 강간11의 씨 구조. 싱크 로트 론 HRCT 통해 훌륭한 진행이 했다 구조 연구와 우 디 식물12,,13<...

옥수수 혈관 시스템 루트와 물, 무기물 양분 그리고 유기 물질1을 제공 하기 위한 핵심 교통 경로 형성 하는 잎을 줄기에서 전체 공장을 통해 실행 됩니다. 혈관 시스템의 또 다른 중요 한 기능 옥수수 식물에 대 한 기계적인 지원을 제공 하는 것입니다. 예를 들어 형태, 숫자, 및 뿌리와 줄기에 혈관 번들의 밀접 하 게 관련 있다 옥수수 식물2,3의 숙박 저항. 현재, 혈관 번들의 해 부 구조에 대 한 연구는 줄기, 잎, 또는 특정 부분에의 해 부 구조를 표시 하려면 현미경 및 ultramicroscopic 기술을 주로 활용 다음 측정 고의 이러한 구조 계산 수동 조사 하 여 관심입니다. 의심의 여지가, 대규모 microimages에서 다양 한 미세 구조의 수동 측정 매우 지루한 하 고 비효율적인 일 이며 심각 때문에 주관과 불일치4, microphenotypic 특성의 정밀도 제한 5.
옥수수는 아무 보조 성장 하 고 셀 내용을 근본적으로 이루어져 있다 1 차 분열 조직에 물. 어떤 전처리 없이도 신선한 옥수수 조직 샘플 검사 될 수 있습니다 직접 마이크로 CT 장치;를 사용 하 여 그러나, 검색 결과 아마 가난 하 고 거친. 주된 이유는 다음과 같이 요약 된다: 식물 조직, 원자 번호 및 높은 잡음 이미지;에 낮은 대조의 결과의 (1) 낮은 감쇠 밀도 (2) 신선한 식물 재료 뒤6에서 보고 탈수 일반 검색 환경 중 축소 하는 경향이 있다. 상기 문제 개발 및 옥수수, 밀, 쌀, 그리고 다른 monocotyledons microphenotyping 기술 응용 프로그램에 대 한 주요 제약 되 고 있습니다. 여기, 우리 '샘플 준비 프로토콜' 소개를 옥수수 줄기, 잎, 그리고 뿌리의 샘플을 pretreat. 이 프로토콜을 탈수와 CT 스캔; 동안 식물 재료의 변형 방지 따라서, nondeformation와 공장 샘플의 보존으로 유리 하다. 또한, 고체 요오드에 따라 염색 단계 또한 식물 재료;의 대비를 향상 따라서, 그것은 마이크로-중부의 이미지 품질에 상당한 개선 또한, 우리는 이미지 처리 소프트웨어를, VesselParser, 옥수수 줄기 및 잎의 CT 이미지 처리 라는 개발 했다. 이 소프트웨어는 다른 식물 조직의 2 차원 CT 이미지에 대 한 높은-처리량 및 자동 형질 분석을 수행 하는 이미지 처리 파이프라인의 집합을 통합 합니다. 옥수수 줄기와 잎의 전체 횡단면에 혈관 번들 검색, 추출, 그리고 자동 이미지 처리 방법을 사용 하 여 확인. 결과적으로, 우리 옥수수 잎의 33 미세한 고기 옥수수 줄기의 31 미세한 고기를 얻을. 옥수수 루트의 CT 이미지 시리즈, 우리는 metaxylem 혈관의 3 차원 phenotypic 특색을 취득 하는 이미지 처리 체계를 개발 했다. 이 제도 이미지 수집 및 전통적인 방법에 비해 개조의 효율성에서 우량 하다.
이러한 결과 혈관 번들;의 미세한 형질에 대 한 효과적인 방법을 제공 하는 일반 x 선 마이크로-CT의 영상 특성을 고려 하는 파이프라인을 처리 하는 이미지를 나타냅니다. 이 매우 식물 과학에 있는 CT 기술의 응용 프로그램을 확대 하 고 셀룰러 해상도6,7식물 재료의 자동 형질을 향상 시킵니다.

<table><tbody><tr><td>Skyscan 1172 X선 컴퓨터 단층 촬영 시스템</td><td>Bruker Corporation, Belgium</td><td>NA</td><td>CT 스캐닝</td></tr>용 <tr><td>CO2 임계점 건조 시스템(Leica CPD300)</td><td>Leica Corporation, Germany</td><td>NA</td><td>샘플 건조용</td></tr><tr><td>에탄올</td><td>모든</td><td>NA</td><td>FAA 고정용</td></tr><tr><td>포름알데히드</td><td>모든</td><td>NA</td><td>FAA 고정용</td></tr><tr><td>아세트산 acid</td><td>Any</td><td>NA</td><td>FAA 고정용</td></tr><tr><td>수술용 블레이드</td><td>Any</td><td>NA</td><td>샘플 sgements 절단용</td></tr><tr><td>3D 프린터</td><td>Makerbot replicator 2, MakerBot Industries, USA</td><td>NA</td><td>옥수수 뿌리, 줄기 및 잎의 샘플 바구니 인쇄용</td></tr><tr><td>원심분리기 튜브</td><td>Corning, USA</td><td>NA</td><td>뿌리, 줄기 또는 잎 재료</td></tr><tr><td>배치 고체 요오드</td><td>Any</td><td>NA</td><td>샘플 염색용</td></tr><tr><td>SkyScan Nrecon 소프트웨어</td><td>SkyScan NRecon, 버전: 1.6.9.4, Bruker Corporation, Belgium</td><td>NA</td><td>이미지 재구성</td></tr>용 <tr><td>VesselParser 소프트웨어 VesselParser</td><td>, 버전: 3.0, National Engineering Research Center for Information Technology in Agriculture(NERCITA), Beijing, China</td><td>NA</td><td>옥수수 줄기 또는 잎의 단일 CT 이미지를 위한 이미지 분석 프로토콜</td></tr><tr><td>ScanIP</td><td>ScanIP, 버전 : 7.0; Simpleware, Exeter, UK</td><td>NA</td><td>3D 이미지 처리 소프트웨어</td></tr><tr><td>라텍스 장갑</td><td>모든</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>핀셋</td><td>모든</td><td>NA</td><td></td></tr></tbody></table>

x 선 microcomputed 단층 촬영에 따라 옥수수 혈관 번들의 미크론 단위 형질 기법

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

그것은 높은 처리량 이미지 분석 기법에 따라 옥수수 자료의 해 부 구조를 정확 하 게 계량 해야 합니다. 여기, 우리는 자료에 대 한 옥수수 (즉, 줄기, 잎, 그리고 루트) 일반 microcomputed 컴퓨터 단층 촬영 (마이크로 CT) 스캔에 적합 '샘플 준비 프로토콜'을 제공 합니다. 옥수수 줄기, 잎, 그리고 뿌리의 고해상도 CT 이미지를 바탕으로, 우리는 혈관 다발의 phenotypic 분석에 대 한 두 개의 프로토콜 설명: (1) 옥수수 줄기와 잎의 CT 이미지를 바탕으로, 우리를 자동으로 추출 31 특정 이미지 분석 파이프라인 개발 그리고 혈관 번들; 33 phenotypic 특성 (2) 옥수수 루트의 CT 이미지 시리즈를 바탕으로, 우리 metaxylem 선박의 3 차원 (3 차원) 세분화에 대 한 이미지 처리 체계를 설정 2 차원 (2 차원)을 추출 하 고 볼륨, 같은 3 차원 phenotypic 특성 metaxylem 혈관의 표면적 등 옥수수 소재의 혈관 번들의 전통적인 수동 측정에 비해, 제안 된 프로토콜은 크게 효율성과 미크론 규모 phenotypic 정량화의 정확도 향상 시킵니다.

샘플 준비 프로토콜 일반 마이크로 CT 스캔에 적합 뿐만 아니라 식물 조직의 변형을 방지 하지만 또한 x 선 흡수 대비를 향상 시킵니다. 청소용된 식물 재료는 마이크로-CT 시스템을 사용 하 여 높은-품질 조각 이미지로 스캔 하 고 높은 해상도 2 µ m/픽셀에 도달할 수 있습니다. 그림 4 는 줄기, 잎, 그리고 뿌리의 스캔된 마이크로-CT 이미지 그리고 이미지 대비는 신선한 공장 설비 재료에서 검색 결과 비해 크게 향상. 이러한 CT 슬라이스 이미지에 회색 수준 값에 중요 한 차이점은 혈관 번들, 실질 세포, xylem 혈관, 표 피, 그리고 다른 조직 사이에서 관찰.
혈관 번들에 대 한이 이미징 소프트웨어를 기반으로 전체 줄기 또는 잎의 횡단면 내 혈관 번들의 구조와 배포 기능 수 있습니다 자동으로 분석 ...

우리는 옥수수 조직 일반 microcomputed 단층 촬영 스캐닝 적합의 x 선 흡수 명암을 개선 하기 위해 새로운 방법을 제공 합니다. CT 이미지를 바탕으로, 우리 옥수수의 혈관 번들의 미세한 고기를 효과적으로 추출 하는 다른 옥수수 자료에 대 한 이미지 처리 워크플로 집합을 소개 합니다.

X 선 Microcomputed 단층 촬영에 따라 옥수수 혈관 번들의 미크론 단위 형질 기법

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

이 방법은 계획된 미크로네 스케일 페노티핑 기술 빌드에서 빠른 질문에 대답할 수 있습니다. 마이크로 CT 스캐닝 입자, 옥수수 혈관 번들에 대한 현상 분석 방법 등. 이 기술의 주요 장점은 샘플 준비, CT 스캐닝 및 프로토콜 분석에 의해 옥수수 혈관 번들의 현상전형 특성을 조사하는 새롭고 효과적인 방법을 제공하는 것입니다.이 기술의 의미는 일반 마이크로 CT 스캐닝 및 기타 플랜트 과학의 응용 프로그램을 확대합니다. 이 프로토콜은 건조 절차의 탈수와 같은 다른 식물 물질을 수용하기 위해 쉽게 수정 할 수 있습니다. 시작하려면 신선한 옥수수 식물에서 줄기, 잎 및 뿌리를 수집하십시오.그리고 그들을 세 가지 샘플 그룹으로 나눕니다. 다음으로, 수술 용 블레이드를 사용하여 중간 줄기 인터노드의 1 ~1.5 센티미터 세그먼트를 잘라냅니다. 동일한 수술 용 블레이드를 사용하여 주 정맥으로 수직 방향을 따라 잎의 최대 폭에서 1/2 ~ 2 센티미터 세그먼트를 잘라냅니다.수술용 블레이드를 사용하여 지면 뿌리에서 1/2센티미터 세그먼트를 절단합니다. 그 후 최소 3일 동안 FAA 솔루션에 샘플 세그먼트를 담급니다. 6개의 순차적 에탄올 그라데이션에서 30분 동안 시료 세그먼트를 탈수합니다.그런 다음 해당 샘플 바구니에 식물 재료를 배치합니다. 바구니를 이산화탄소 임계 점 건조 시스템의 샘플 셀로 신속하게 전송합니다. 말린 식물 재료를 50밀리리터 원심분리기 튜브에 넣고 2그램의 고체 요오드를 넣습니다.그런 다음 튜브를 조명 방에 4~5시간 동안 놓습니다. 먼저 텍스트 프로토콜에 따라 CT 검색 매개 변수를 설정합니다. 그런 다음, 사용되는 식물 재료의 다양한 크기와 볼륨에 따라 스캐닝 범위를 설정합니다.다음으로 이미징 픽셀 크기를 다음과 같이 조정합니다: 루트에 대한 2 마이크로미터. 줄기용 6.77 마이크로미터. 그리고 잎에 대한 10 마이크로 미터.슬라이스 이미지를 재구성하려면 이미지 구성 소프트웨어를 사용하여 원시 CT 데이터를 2K 해상도의 CT 슬라이스 이미지로 변환합니다. 먼저 자동 이미징 소프트웨어에서 다양한 알고리즘 파이프라인을 초기화하기 위해 장기 유형을 지정합니다. 그런 다음 메서드 매개 변수 버튼을 클릭하고 첫 번째 드롭다운 상자에서 옥수수 줄기 또는 옥수수 잎을 선택합니다.데이터 관리 단추를 클릭하고 작업 디렉터리로 설정하고 디렉터리에서 모든 슬라이스 이미지를 가져옵니다. 그런 다음 이미지 파이프라인에 단일 또는 다중 슬라이스 이미지를 선택합니다. 다음으로 이미지의 픽셀 크기를 결정합니다.메서드 매개 변수 단추를 선택하고 적절한 편집 항목에 이미지의 픽셀 크기를 입력합니다. 그런 다음 표현성 계산 버튼을 클릭하여 선택한 모든 슬라이스 이미지에 대해 혈관 번들의 표현형 특성을 자동으로 추출합니다. 통계 분석 단추를 클릭하여 이러한 분석 결과를 텍스트 또는 CSV 파일로 출력합니다.옥수수 뿌리의 재구성 된 이미지를 가져오고 정확한 공간 매개 변수를 결정합니다. 그런 다음 재귀 가우시안 도구를 사용하여 이미지를 부드럽게하고 이미지 품질을 향상시킵니다. 메탁실렘 용기의 3D 세분화를 수행하기 위해 임계값 매개 변수를 조정합니다.이렇게 하면 연결된 각 메탁실렘 용기에 대해 균일한 색상 레이블이 생성됩니다. 그런 다음 형태학을 비트 방향으로 사용하여 메탁실렘 선박을 개선하고 식별하며 홍수 채우기 작업을 합니다. 다음으로, 선박의 부피 시각화 및 표면 재구성을 실시한다.마지막으로 마스크 통계 도구를 사용하여 2D 및 3D 수준에서 선박의 현상 특성을 계산하고 측정합니다. 프로토콜에 설명된 분석을 사용하여 옥수수 줄기, 잎 및 뿌리에서 혈관 번들의 현상적 특성을 계산했습니다. 분할, 재구성 및 부피 시각화의 결과를 사용하여 루트 및 메탁실렘 선박의 생성된 3D 시각화가 만들어졌습니다.적절한 샘플 준비 프로토콜은 옥수수 줄기, 잎 및 뿌리에 대한 마이크로 CT의 스캔 방출 품질을 크게 향상시킵니다. 자동 방출 파이프 라인을 통해 옥수수 줄기와 잎을위한 혈관 번들의 변형 특성을 빠르게 추출합니다. 그리고 옥수수 뿌리에 대한 혈관 번들의 3D 피노티픽 특성을 분석하기 위해 처리 스캔을 방출한다.이 기술은 정확하고 신속한 현상 증명 및 옥수수 혈관 번들의 식별을위한 실용적인 방법을 제공합니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Biology

생물학

고해상도 X 선 계산 단층 촬영 (HRCT)는 3D로 공장 vasculature의 구조와 기능을 연구하는 데 사용할 수있는 비파괴 진단 이미징 기술이다. 우리는 식물 조직 및 종의 다양한 범위에 걸쳐 목부 네트워크 탐색을 용이하게하는 방법 HRCT 보여줍니다.

공장 Vasculature의 3 차원 구조 및 기능을 시각화하기 위해 높은 해상도로 계산 된 단층 촬영을 사용하여

이중 가닥 RNA 간섭 (dsRNAi) 기술은 옥수수 신나 코엔자임에게 낮은 식물 리그닌 함량에 대한 환원 (ZmCCR1) 유전자를 하향 조절하기 위해 사용된다. 세포벽에서 리그닌 다운 규제는 현미경 분석에 의해 시각과 Klason 방법에 의해 정량화된다. 헤미셀룰로오스 및 결정 셀룰로오스의 조성 변화를 분석됩니다.

의 리그닌 아래로 규제<em&gt; ZEA 메이스</em&gt; dsRNAi 및 Klason 리그닌 분석을 통해

세포 분열과 확장을 정량화하는 것은 식물 전체의 성장을 이해하는 데 매우 중요합니다. 여기에서는 옥수수 잎의 성장 속도를 결정하는 세포 매개변수를 계산하는 프로토콜을 제시하고 발달 단계별 샘플링 전략을 지시하여 분자 성장 조절 메커니즘을 조사하기 위해 이러한 데이터를 사용하는 방법을 강조합니다.

세포 분열 및 확장의 운동 학적 분석 : 성장과 샘플링 발달 영역의 세포 기초의 정량화<em&gt; ZEA 메이스</em&gt; 잎

발달적으로 중요한 많은 유전자는 세포 또는 조직 특이적 발현 패턴을 가지고 있습니다. 본 논문은 야생형과 비교하여 옥수수잎-칼집 경계와 lg1-R 돌연변이에서 다르게 발현되는 유전자를 확인하기 위한 LM RNA-seq 실험에 대해 설명합니다. 여기에서 논의된 실험적 고려 사항은 다른 발달 현상의 전사체 분석에 적용됩니다.

레이저 이외에 Microdissection RNA-서열에 대한 실험 디자인 : 옥수수 잎 개발의 분석 교훈

Micro-CT는 식물 구조를 3차원으로 분석할 수 있는 비파괴 도구입니다. 현재 프로토콜은 기생 식물 구조 및 기능을 분석하기 위해 마이크로 CT를 활용하기 위한 샘플 준비를 설명합니다. 특정 제제와 결합 될 때이 방법의 장점을 강조하기 위해 다른 종이 사용됩니다.

Micro-CT 스캐닝을 활용하여 기생 식물-숙주 상호작용 분석

옥수수 잎 primordia는 깊숙이 찢어지고 구겨져 연구하기가 어렵습니다. 여기에서 우리는 형광 및 공초점 이미징을 위해 옥수수 잎 원시의 횡단면과 펼쳐진 전체 마운트를 준비하는 방법을 제시합니다.

형광 및 공초점 이미징을 위해 횡단면을 준비하고 옥수수 잎 원시의 전체 마운트를 펼치기 위한 개선된 방법

우리는 단일 및 복합 열, 가뭄 및 침수 처리에 대한 형태학적 및 생리학적 반응을 결정하기 위해 이미지 기반 표현형 프로토콜을 설계했습니다. 이 접근 방식을 통해 전체 플랜트 수준, 특히 지상 부품에서 초기, 후기 및 복구 반응을 식별할 수 있었고 여러 이미징 센서 사용의 필요성을 강조했습니다.

감자의 단일 및 결합 스트레스에 대한 형태학적 및 생리학적 반응을 결정하기 위한 고처리량 이미지 기반 표현형 분석

C3 및 C4 잎 단면 사이의 해부학적 차이를 평가하면 광합성 효율을 이해하는 데 도움이 됩니다. 이 논문은 Triticum aestivum 및 Zea mays 작물 종에 대한 준비 시 주의 사항과 함께 자유형 및 반얇은 잎 단면 준비 및 검사에 대해 설명합니다.

Triticum aestivum 및 Zea mays 의 구조적 특성 평가: Free hand 및 Semi-thin Section을 사용한 C3 및 C4 광합성 분화

표현형을 측정하기 위한 저비용 식물 이미징 방법과 이미지 캡처를 위한 모범 사례 및 식물 형질을 정량화하기 위한 이미지 분석 파이프라인이 제시됩니다. 이러한 방법은 더위, 가뭄 및 결합된 비생물적 스트레스 조건에서 옥수수(Zea mays) 표현형을 측정하는 데 적용되었습니다.

Maize (Zea mays) 비생물적 스트레스 표현형을 정량화하기 위한 이미징 및 분석

우리는 비 invasively 0.7μm의 픽셀 해상도와 3D 단층 데이터 세트를 생산하는 유럽 싱크로 트론 방사선 시설 (ESRF)에 싱크로 트론 X - 선 tomography를 사용했습니다. 볼륨 렌더링 소프트웨어를 사용하여이 histological sectioning 제작한 공예품없이 자연 상태에서 내부 구조의 재건 수 있습니다.

싱크로 트론 - X - 레이 - tomography를 사용하여 서브 마이크론 해상도로 비침습 3D - 시각화

배우세요 옥수수 혈관 번들의 미크론 단위 형질 분석법을 X선 마이크로 CT 스캐닝과 이미지 처리 워크플로우를 활용하여. 이 방법은 식물 형질 분석 및 생물학적 특성 연구에 효과적입니다.

X 선 Microcomputed 단층 촬영에 따라 옥수수 혈관 번들의 미크론 단위 형질 기법

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