Name: 형광 이미징을 위한 식물 조직의 광학 클리어링 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-01-05T15:00:00.000+00:00
Duration: 4 min 55 s
Description: 배우세요 식물 조직의 광학 클리어링 기법으로 형광 단백질을 보존하며 투명화하는 방법입니다. Arabidopsis thaliana 등 다양한 식물 종에서 무손상 심층 이미징이 가능하여 식물 발달 및 미생물 상호작용 연구에 활용됩니다.

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이 연구는 일본 과학 진흥 협회 (혁신 분야에 대한 과학 연구 보조금 (JP16H06464, JP16H06280 ~ T.H.), 과학 연구 보조금 (B, JP17H03697 ~ D.K.), 도전적인 탐구 연구를위한 보조금 (JP18K19331 ~ D.K.), 혁신 분야에 대한 과학 연구 보조금 (D.K.의 경우 JP20H05358)) 및 일본 과학 기술국 (PRESTO 프로그램 (JPMJPR15QC에서 Y.M, JPMJPR18K4 내지 D.K.)). 저자들은 나고야 대학의 변형 생체 분자 연구소 (WPI-ITbM)의 라이브 이미징 센터 (Live Imaging Center)가 영어 편집을위한 현미경 연구 및 편집 (www.editage.com)을 지원해 준 것에 감사드립니다.

1. 청산 용액의 준비
<ol><li>CS 용액을 준비하려면 마그네틱 교반기에 증류수에 10% (w/v) 자일리톨, 15% (w/v) 데옥시콜레이트 나트륨 및 25% (w/v) 우레아를 용해시킨다. 참고 : 나트륨 데옥시콜레이트 분말은 공기 중에 쉽게 떠 다니기 때문에 초안 챔버에서 무게를 측정해야합니다. CS는 실온에서 1 년 이상 어둠 속에서 보관할 수 있습니다.</li>
	<li>CSA 용액을 제조하기 위해, 상기 수득된 CS 용액에 아황산나트륨(50 mM 최종 농도)을 첨가한다. 참고: 환원제가 쉽게 비활성화되므로 사용 직전에 CS 용액에 아황산나트륨을 첨가하십시오.</li>
</ol>2. 고정제액의 제조
<ol><li>멸균수 40mL를 원뿔형 튜브에 넣고 파라포름알데히드 2g을 첨가한다. 200 μL의 2 N NaOH를 첨가하여 용액의 pH를 증가시킨다. 튜브를 파라필름으로 닫고 밀봉한 후, 모든 것이 용해될 때까지 가끔 역전하여 60°C에서 배양한다.</li>
	<li>용액을 실온으로 냉각시킨 후, 5 mL의 10x 인산완충식염수(PBS)를 첨가하여 pH를 7.4로 조정하였다. 멸균수를 첨가하여 부피를 50mL까지 구성하십시오. 참고 : 갓 준비된 고정 용액이 선호됩니다. 용액은 또한 수개월 동안 -30°C에서 저장될 수 있다.</li>
</ol>3. 샘플의 고정
<ol><li>식물 샘플을 마이크로튜브에 고정 용액에 담그고(그림 1A), 고정 용액의 부피가 샘플 부피의 다섯 배 이상인지 확인합니다.</li>
	<li>마이크로 튜브를 파라 필름으로 밀봉하고 바늘을 사용하여 구멍을 뚫습니다. 진공 감압 중 시료 유출의 위험 때문에 튜브를 열어 두지 마십시오.</li>
	<li>마이크로튜브를 데시케이터에 넣고 샘플에서 거품이 서서히 나타나도록 진공도(~690mmHg)를 천천히 조절합니다(그림 1B-C). 건조기를 배출 한 후 진공 펌프를 끕니다. 마이크로튜브를 실온에서 30분 동안 방해받지 않고 방치한다.</li>
	<li>시료를 방해하지 않도록 데시케이터를 조심스럽게 환기시킵니다. 진공 펌프를 다시 켜고 데시케이터를 배출 한 후 전원을 끕니다. 마이크로튜브를 실온에서 30분 동안 방해받지 않고 방치한다. 참고: 데시케이터를 배출하는 동안 샘플의 손상을 방지하기 위해 주의를 기울여야 합니다. 샘플에 고정 용액의 침투는 두 가지 진공 처리에 의해 강화됩니다. 추가 진공 처리는 고정 용액을 더 두꺼운 샘플에 침투시키는 데 도움이됩니다.</li>
	<li>마이크로튜브의 고정 용액을 부딪히지 않고 데시케이터를 조심스럽게 엽니다. 마이크로 피펫을 사용하여 고정 용액을 제거하고 1x PBS를 추가하십시오. 1분 동안 보관한 후 기존 PBS를 새 1x PBS로 교체합니다(그림 1D).</li>
</ol>4. 지우기
<ol><li>PBS를 제거한 후, 클리어링 용액의 샘플 부피의 다섯 배를 첨가한다.</li>
	<li>마이크로 튜브를 파라 필름으로 밀봉하고 바늘을 사용하여 구멍을 뚫습니다. 샘플을 건조기에 넣고 3.3 단계와 같이 배출 한 다음 진공 펌프를 끕니다. 마이크로튜브를 실온에서 60분 동안 방해받지 않고 방치한다.</li>
	<li>데시케이터를 부드럽게 여십시오. 파라필름으로 마이크로튜브를 닫고 형광 단백질의 광표백을 피하기 위해 어둠 속에서 실온에서 보관하십시오. 1-2 일마다 마이크로 튜브를 반전시켜 클리어링 프로세스를 가속화하십시오.</li>
	<li>클리어링 용액이 녹색으로 바뀌면 용액이 무색으로 유지될 때까지 새로운 클리어링 용액으로 교체하십시오(그림 1E-H).</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63428/63428fig01.jpg"> 도 1: CS 처리를 위한 절차. (A) 4% PFA(파라포름알데히드) 용액에서의 애기장대 묘목. (B) 샘플을 건조기에 넣는다. (C) 묘목은 진공 하에서 고정된다. (d) 묘목을 진공 처리 후 PFA 용액에 담근다. (E) 결과 3 일 청산 용액 처리 묘목. 지우기 솔루션의 녹색을 확인합니다. (F) 클리어링 용액은 치료 후 3 일 후에 교체됩니다. (g) 결과 5 일 청산 용액 처리 묘목. (H) 클리어링 용액은 치료 5 일 후에 교체됩니다. 스케일 바: 1cm(A,C-H) 및 5cm(B). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63428/63428fig01large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
5. 화학 염료 염색
<ol><li>마이크로튜브에 핵 염색을 위한 Hoechst 33342(최종 농도 10 μg/mL) 또는 세포벽 염색을 위한 Calcofluor White(최종 농도 1mg/mL)를 추가하고 1시간 동안 기다립니다. 염료 용액을 제거한 후, 샘플을 1 h 동안 신선한 클리어링 용액으로 세척한다. 참고: 하룻밤 동안 염색하고 세척하면 조직으로의 형광 염료 침투를 개선하고 배경 형광을 줄일 수 있습니다. 다양한 형광 염료는 베이직 Fuchsin9 (리그닌), 오라민 O9 (리그닌, 수베린 및 커틴), 나일 레드9 (수베린), 다이렉트 옐로우 969, 다이렉트 레드 239, 및 SR220010,11 (세포벽)과 같은 CS 용액과 상용성이다.</li>
</ol>6. 관찰
<ol><li>실리콘 고무 시트를 면도날로 절단하여 스페이서용 프레임을 제조하였다(그림 2A). 참고 : 샘플의 두께에 따라 실리콘 고무 시트의 두께를 조정하십시오. 클리어링 용액으로 처리 된 샘플은 부드럽기 때문에 커버 글라스로 직접 덮으면 손상됩니다.</li>
	<li>실리콘 프레임을 커버 글래스(예: 25 x 60mm) 위에 놓습니다(그림 2B). 처리 된 샘플을 프레임 내에 놓고 ~ 100 μL의 클리어링 용액을 첨가하여 프레임 내의 기포를 제거하십시오. 클리어링 용액의 증발을 방지하기 위해 다른 커버 글래스(18 x 18mm 또는 24 x 24 mm)로 덮으십시오(그림 2C).</li>
	<li>샘플을 형광 현미경으로 관찰하십시오. 관찰 후, 샘플을 마이크로튜브에서 채취한 클리어링 용액으로 되돌려 놓고 어둠 속에서 실온에서 보관한다.</li>
</ol><img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63428/63428fig02.jpg"> 그림 2: 현미경 관찰을 위한 샘플 준비 . (A) 0.2mm 두께의 실리콘 시트를 프레임으로 자릅니다. (B) 실리콘 시트 프레임을 커버 글라스 위에 올려 놓는다. (C) 클리어링 용액으로 처리된 샘플(점선 테두리로 표시됨)을 프레임 내에 놓고 커버 글래스로 덮는다. 배율 막대: 5mm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63428/63428fig02large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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<li>Hasegawa, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+imaging+of+plant+organs+using+a+simple+and+rapid+transparency+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+and+Cell+Physiology%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional imaging of plant organs using a simple and rapid transparency technique.</a> Plant and Cell Physiology. 57 (3), 462-472 (2016).</li>
<li>Musielak, T. J., Slane, D., Liebig, C., Bayer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+versatile+optical+clearing+protocol+for+deep+tissue+imaging+of+fluorescent+proteins+in+Arabidopsis+thaliana%5BTitle%5D)+AND+%22PLOS+ONE%22%5BJournal%5D)">A versatile optical clearing protocol for deep tissue imaging of fluorescent proteins in Arabidopsis thaliana.</a> PLOS ONE. 11 (8), 0161107(2016).</li>
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<li>Tanaka, E., Ono, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Whole-leaf+fluorescence+imaging+to+visualize+in+planta+fungal+structures+of+Victory+onion+leaf+rust+fungus%2C+Uromyces+japonicus%2C+and+its+taxonomic+evaluation%5BTitle%5D)+AND+%22Mycoscience%22%5BJournal%5D)">Whole-leaf fluorescence imaging to visualize in planta fungal structures of Victory onion leaf rust fungus, Uromyces japonicus, and its taxonomic evaluation.</a> Mycoscience. 59 (2), 137-146 (2018).</li>
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ClearSee가 상용화되었습니다 (Fujifilm Wako Pure Chemical Corporation, 일본). 나고야 대학은 청산 시약 ClearSee에 대한 특허 (JP6601842)를 보유하고 있습니다. D. Kurihara는 특허 발명가입니다. 저자들은 경쟁하는 재정적 이익이 없다고 선언합니다.

이 방법은 고정, 세척 및 청소로 구성됩니다. 고정은이 프로토콜에서 중요한 단계입니다. PFA 고정 후 형광 단백질이 관찰되지 않으면 클리어링 용액으로 처리 한 후에는 관찰되지 않습니다. PFA 용액이 조직으로 침투하는 것은 중요하지만 세포 구조를 파괴 할 수 있기 때문에 고진공 처리는 권장되지 않습니다. 진공 조건 및 고정 기간은 각 유형의 조직 및 종에 대해 최적화되어야합니다. 고정 후에도 형광 단백질을 확인하는 것이 좋습니다. 샘플은 보통 실온에서 30-60분 동안 고정되었지만, 이들은 더 긴 시간(하룻밤 또는 그 이상) 동안 4°C에서 고정될 수 있다.
도 6A에 도시된 바와 같이, 일부 소듐 데옥시콜레이트는 용해되었을 때 옅은 황색을 가졌다. 이러한 소듐 데옥시콜레이트 용액은 380 nm에서 여기 후 400-600 nm 영역에서 강한 자가형광을 보였다(도 6B). 이 자동 형광은 광학 클리어링 및 형광 이미징을 방지합니다. 사용자는 시약의 품질이 순도, 로트 투 로트 변동 또는 기타 이유로 인해 다를 수 있으므로 나트륨 데옥시콜레이트 용액의 색상을 확인해야합니다.
여기에 사용 된 클리어링 용액은 고농도의 데옥시 콜레이트 나트륨을 가지고있어 막 구조를 파괴 할 수 있습니다. 원형질막 마커(RPS5Apro::tdTomato-LTI6b)는 CS 처리7 후에도 관찰되었다. 그러나 관심있는 구조와 조직에 따라 데옥시콜레이트 나트륨의 농도를 줄이는 것이 더 나을 수 있습니다. 실제로, 개선된 선명도를 갖는 이미지들이 변형된 CS를 갖는 애기장대 피스틸에 대해 얻어졌으며, 여기서 나트륨 데옥시콜레이트의 농도는 절반으로 감소된다; 그러나, 나트륨 데옥시콜레이트의 감소된 농도는 연장된 치료 시간(예를 들어, 애기장대 피스틸의 경우 1개월)을 필요로 하였다.
CS는 처리된 샘플에서 엽록소를 제거하기 위해 적색 자가형광(>610nm)을 감소시킬 수 있다. 그러나, 500-600 nm 범위의 자가형광(황색 내지 주황색)은 CS 처리된 샘플에서도 남아있었다7. 이러한 자가형광은 세포벽 및 다른 세포 성분, 예컨대 lignin12,13으로부터 유래된 것으로 생각된다. 따라서, 이차벽이 발달된 줄기와 같은 조직을 CS 처리에 의해 완전히 투명하게 만드는 것은 어렵다.
여기에 사용된 것 외에 몇몇 클리어링 시약은 형광 현미경14,15,16,17을 사용하여 식물에서 형광 단백질을 관찰하기 위해 개발되었다. 이러한 방법과 비교하여 CS와 CSA는 엽록소를 제거하고 자기 형광을 감소시켜 식물 조직을보다 투명하게 만듭니다. 최근 Sakamoto 등은 굴절률 불일치를 조정하기 위해 고정, 세제 제거 및 장착을위한 개선 된 방법 인 iTOMEI를 개발했습니다.18. 애기장대 묘목에서 iTOMEI는 26 시간 이내에 조직을 제거했습니다.
CS는 애기장대 탈리아나, 피스코미트리움 파텐스7, 국화 모리폴리움, 쿠쿠미스 사티부스, 니코티아나 벤타미아나, 니코티아나 타바쿰, 토레니아 포니에리8, 알륨 오코텐세19, 황기 시니쿠스20, 아보카도21, 보리22, 브라시카 라파23, 칼리트리체와 같은 광범위한 식물 종에 적용 가능합니다. 24, 유칼립투스25, 옥수수26, 마르칸티아 다형체27, 모노필레아 글라브라28, 오로반체 마이너29, 페투니아30, 쌀31, 솔라눔 리코페르시쿰32, 대두33, 딸기34, 밀35, 울프피엘라 히알리나36. 더 두꺼운 조직의 경우, CS는 또한 vibratome 섹션을 투명하게 만들 수 있습니다37,38. 이 방법은 식물에서 세포 구조 및 유전자 발현 패턴에 대한 연구를 허용했다37,38. 더욱이, 선충류 감염20,39, 진균 감염, 및 공생19,40,41도 CS 처리된 조직 내부 깊숙이 관찰되었다. 따라서, 이 방법은 마이크로-스케일에서 매크로-스케일에 이르는 전체 조직 이미징에 유용하며, 다양한 세포, 조직, 기관 및 유기체 사이의 새로운 상호작용을 발견하는 데 도움이 될 수 있다.

세포 구조의 시각화와 살아있는 유기체에서 단백질의 국소화는 생체 내에서 그들의 기능을 명확히하는 데 중요합니다. 그러나 생체가 투명하지 않기 때문에 해부없이 살아있는 유기체의 내부 구조를 관찰하는 것은 어렵습니다. 특히, 다른 모양의 세포로 다층화 된 식물 조직의 경우, 그 구조와 광흡수 안료의 존재로 인한 지수 불일치가 문제가됩니다. 예를 들어, 식물 잎은 광합성을 위해 몸에 들어오는 빛을 효율적으로 활용할 수있는 복잡한 구조를 가지고 있지만1 구조는 굴절률 불일치를 일으켜 관찰하기 어렵게 만듭니다. 그러나 잎에는 엽록소와 같은 많은 광흡수 안료가 있는데, 이는 강한 적색 형광을 방출하고 갈색 안료는 산화에 의해 생성된다2,3. 이 안료는 또한 식물에서 전체 마운트 형광 현미경 관찰을 방해합니다. 따라서, 식물의 내부 구조를 관찰하기 위해, 알코올에 의한 탈색 및 고정과 클로랄 하이드레이트를 이용한 클리어링은 굴절률 불일치 및 자가형광을 제거하기 위해 오랫동안 사용되어 왔다4,5. 이러한 종래의 방법들은 수년 동안 채택되어 왔지만, 형광 단백질의 형광을 동시에 제거하는 단점을 가지고 있다6,7. 이것은 형광 단백질이 현재의 형광 영상화에서 없어서는 안될 필수 요소가되기 때문에 문제가됩니다.
따라서 ClearSee (CS) 및 ClearSeeAlpha (CSA)는 식물 조직을위한 광학 클리어링 시약으로 개발되었습니다. 두 시약 모두 형광 단백질의 안정성을 유지하면서 엽록소 자가형광을 감소시킨다7,8. CSA는 조직 산화로 인해 갈색 안료가 생성될 때 특히 유용하다. 이러한 클리어링 시약을 사용하여, 물리적 절편화 없이 식물체 내부의 세포 구조 및 단백질 국재화를 관찰할 수 있다.

<table><tbody><tr><td>Calcofluor White</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F3543</td><td>형광 증백제 28; H2O Clearsee</td></tr><tr><td></td><td></td><td></td>에서 <td>100 mg/mL 10%(w/v) 자일리톨, 15%(w/v) 데옥시콜레이트 나트륨, 25%(w/v) 요소</td></tr><tr><td>커버 유리(18회; 18 No.1)</td><td>MATSUNAMI</td><td>C018181</td><td></td></tr><tr><td>커버 글라스 (24회; 24 No.1)</td><td>MATSUNAMI</td><td>C024241</td><td></td></tr><tr><td>커버 글라스 (25&times; 60 No.1)</td> <td>MATSUNAMI</td><td>C025601</td><td></td></tr><tr><td>Desiccator</td><td>AS</td><td>One 1-5801-11</td><td></td></tr><tr><td>Hoechst 33342</td><td>DOJINDO</td><td>346-07951</td><td>1 mg / mL in H2O</td></tr><tr><td>바늘</td><td>TERUMO</td><td>NN-2238S</td><td></td></tr><tr><td>파라 필름</td><td>Bemis</td><td>PM-996</td><td></td></tr><tr><td>Paraformaldehyde</td><td>Nacalai Tesque</td><td>26126-25</td><td></td></tr><tr><td>인산염 완충 식염수, pH 7.4</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>실리콘 고무 시트</td><td>AS One</td><td>6-9085-12</td><td></td></tr><tr><td>나트륨 데옥시콜레이트</td><td>도쿄 화학 산업</td><td>C0316</td><td>그림 6_1; Lot PSGYK-QB</td></tr><tr><td>나트륨 데옥시콜레이트</td><td>Kishida Chemical</td><td>260-71412</td><td>그림 6_2; Lot C05543H</td></tr><tr><td>나트륨 데옥시콜레이트</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D6750</td><td>그림 6_3; Lot SLBS7362</td></tr><tr><td>나트륨 데옥시콜레이트</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>30970</td><td>그림 6_4; Lot BCBW0612</td></tr><tr><td>나트륨 deoxycholate</td><td>Nacalai Tesque</td><td>10712-96</td><td>그림 6_5; Lot M5R3403</td></tr><tr><td>나트륨 데옥시콜레이트</td><td>FUJIFILM Wako Pure Chemical</td><td>194-08311</td><td>그림 6_6; Lot LKL0648</td></tr><tr><td>수산화나트륨</td><td>Nacalai Tesque</td><td>31511-05</td><td></td></tr><tr><td>아황산나트륨</td><td>FUJIFILM Wako Pure Chemical</td><td>190-03411</td><td></td></tr><tr><td>요소</td><td>FUJIFILM Wako Pure Chemical</td><td>211-01213</td><td></td></tr><tr><td>진공 펌프</td><td>BUCHI</td><td>V-700</td><td></td></tr><tr><td>자일리톨</td><td>FUJIFILM Wako Pure Chemical</td><td>248-00545</td><td></td></tr></tbody></table>

형광 이미징을 위한 식물 조직의 광학 클리어링

Optical Clearing of Plant Tissues for Fluorescence Imaging

해부없이 현미경으로 다층 및 불투명 한 식물 표본의 내부 구조를 직접 관찰하는 것은 어렵습니다. 또한, 엽록소에 의한 자가형광은 식물에서 형광 단백질의 관찰을 방해한다. 오랫동안 식물을 투명하게 만들기 위해 다양한 청산 시약이 사용되어 왔습니다. 그러나, 종래의 클리어링 시약은 형광 신호를 감소시킨다; 따라서, 형광 단백질로 세포 및 세포내 구조를 관찰하는 것은 불가능하였다. 형광 단백질 안정성을 유지하면서 엽록소를 제거하여 식물 조직을 맑게 할 수 있는 시약이 개발되었다. 클리어링 시약, ClearSee (CS) 또는 ClearSeeAlpha (CSA)를 사용하여 식물 조직의 광학 클리어링을 위해 상세한 프로토콜이 여기에 제공됩니다. 제거 된 식물 조직의 준비에는 고정, 세척 및 청산의 세 단계가 포함됩니다. 고정은 형광 단백질의 세포 구조 및 세포 내 안정성을 유지하는 데 중요한 단계입니다. 클리어링을 위한 인큐베이션 시간은 조직 유형 및 종에 따라 달라진다. 애기장대에서 CS로 개간하는 데 필요한 시간은 잎과 뿌리의 경우 4 일, 묘목의 경우 7 일, 피스틸의 경우 1 개월이었습니다. CS는 또한 Physcomitrium patens 의 gametophytic 잎을 투명하게 만들기 위해 4 일의 비교적 짧은 시간이 필요했습니다. 대조적으로, 담배와 토레니아의 피스틸은 CS 처리 동안 산화로 인해 갈색 색소를 생성했습니다. CSA는 산화를 방지하여 갈색 색소를 감소시키고 담배와 토레니아 피스틸을 투명하게 만들 수 있었지만 비교적 오랜 시간 (1 ~ 2 개월)이 걸렸습니다. CS 및 CSA는 또한 DNA 및 세포벽에 대한 칼코플루오르 화이트, SR2200 및 다이렉트 레드 23에 대한 DAPI (4',6-디아미디노-2-페닐인돌) 및 Hoechst 33342와 같은 화학 염료를 사용한 염색과 상용성이었다. 이 방법은 온전한 형태학, 발달 과정, 식물 - 미생물 상호 작용 및 선충류 감염을 드러내기 위해 전체 식물 이미징에 유용 할 수 있습니다.

CS는 다양한 종의 잎을 맑게 할 수 있습니다 (그림 3A-H). CS 용액이이 식물에서 잎 표면이 표피 왁스로 덮여 있기 때문에 쌀 잎에 침투하기가 어렵습니다. 그러나, 클로로포름에 10초 동안 침지하여 큐티큘러 왁스를 추출한 후, CS는 벼잎을 맑게 할 수 있었다(도 3H). 그러나 CS는 CS에 덜 투과성인 Chamaecyparis obtusa 잎에 침투 할 수 없었습니다 (그림 3I, J). 국화 잎에서, 폴리페놀 산화에 의해 유도된 갈색 색소침착이 CS 처리된 잎에서 관찰되었다(도 3K,L). 유사하게, 담배 및 토레니아 피스틸은 CS 처리 동안 갈색 색소침착을 보였다(도 3M,O). CSA의 아황산나트륨 성분은 환원 효과로 인해 폴리페놀 산화를 방지하므로 CSA는 갈색 색소 침착없이 담배와 토레니아 피스틸을 제거 할 수 있습니다 (그림 3N, P).
도 4B는 CS 처리가 애기장대 H2B-mClover 잎의 옅은 녹색을 감소시키고 (밝은 장) PBS 인큐베이션과 비교하여 H2B-m클로버의 형광 강도를 향상시켰다는 것을 보여준다 (도 4A). 개화 식물 외에도 CS는 이끼 식물에도 적용 가능합니다 (그림 4C). CS 처리 4일 후, H2B-mRFP의 형광은 감소된 엽록소 자가형광을 갖는 전체 가모토포어에 대해 명확하게 검출되었다. 그림 4D, E는 CSA를 사용하여 클리어 된 Nicotiana benthamiana의 H2B-mClover 권총의 3D 재구성 이미지를 보여줍니다. 샘플 깊이는 440 μm였다. 깊이 코딩 된 최대 강도 프로젝션 이미지에서 알 수 있듯이 CSA는 담배 피스틸과 같은 도전적인 조직의 심층 이미징을 허용합니다.
CS 및 CSA는 또한 형광 염료 염색과 상용성이었다. 도 5는 CS 를 동시에 사용하여 형광단백질(H2B-mClover)과 유기형광염료(Calcofluor White) 염색을 관찰할 수 있음을 보여준다. z-스택 이미지에서 3D 재구성 후 모든 섹션을 관찰할 수 있습니다.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63428/63428fig03.jpg"> 도 3: 클리어링 용액을 사용한 잎과 피스틸의 광학 클리어링. (A-L) 다양한 종의 고정 잎을 PBS(A,C,E,G,I,K) 또는 CS(B,D,F,H,J,L)에서 8일 동안 배양하고, CS(M,O) 또는 CSA(N,P)에서 2일 동안 배양하였다. (A, B, O, P) Torenia fournieri, (C,D) Nicotiana tabacum, (E,F) Cucumis sativus, (G,H) Oryza sativa, (I,J) Chamaecyparis obtusa, (K,L) 국화 morifolium, (M,N) Nicotiana benthamiana. 배율 막대: 1cm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63428/63428fig03large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63428/63428fig04.jpg"> 도 4: 클리어링 용액으로 처리된 조직의 형광 이미징. (A,B) UBQ10pro::H2B-mClover 잎의 애기장대 잎은 3일 동안 PBS(A) 또는 CS(B)로 처리하였다. (c) 피스코미트리움 파텐스의 H2B-mRFP 잎이 많은 가메토포레스를 4일 동안 CS로 처리하였다. 핵을 H2B-mRFP(녹색)로 표지하였다. CS 처리는 엽록소 자가형광(마젠타)을 감소시켰다. 정점 영역의 H2B-mRFP 신호는 H2B-mRFP의 병합된 이미지와 자가형광 또는 밝은 필드 모두에 대해 명확하게 관찰되었다. (D,E) 니코티아나 벤타미아나의 UBQ10pro::H2B-mClover 낙인은 CSA에서 1개월 동안 치료되었다. 최대 강도 프로젝션(D) 및 깊이 코딩된 최대 강도 프로젝션(E)은 5μm 간격으로 88개의 z-스택 이미지로부터 생성되었다. 스케일 바: 100 μm. 이미지는 광시야(A,B), 공초점(C) 및 이광자 여기(D,E) 현미경을 사용하여 촬영되었습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63428/63428fig04large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63428/63428fig05.jpg"> 도 5: 형광 염료 염색은 CS와 상용성이다. (a) 950nm 여기로 이광자 여기 현미경으로 관찰된 CS 처리 잎. 세포벽은 칼코플루오르 화이트(시안)로 염색된다. 핵은 UBQ10pro::H2B-mClover (노란색)로 표시되어 있습니다. yz(B) 및 xz(C) 이미지는 (A)에서 흰색 점선으로 표시된 위치의 단면입니다. 스케일 바: 100 μm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63428/63428fig05large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63428/63428fig06.jpg"> 그림 6 : 나트륨 데옥시콜레이트의 투명성. (A) 다양한 15 % 나트륨 데옥시콜레이트의 색상 (재료 표에 나열됨). (b) 380 nm 여기와 함께 각각의 15% 소듐 데옥시콜레이트의 형광 스펙트럼. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63428/63428fig06large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

여기에서는 형광 단백질의 안정성을 유지하면서 식물 조직을 투명하게 만드는 방법에 대해 설명한다. 이 기술은 물리적 단면화없이 제거 된 식물 조직의 깊은 이미징을 용이하게합니다.

It is challenging to directly observe the internal structure of multi-layered and opaque plant specimens, without dissection, under a microscope. In ...

이 방법은 온전한 형태학, 발달 과정 및 식물 - 미생물 상호 작용을 드러내기 위해 전체 식물 이미징에 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 가장 큰 장점은 식물체에 손상을 입히지 않고 식물 몸체의 내부를 직접 관찰 할 수 있다는 것입니다. 이 방법은 광범위한 식물 종과 조직에 적용되므로 식물 생물 연구에서 새로운 현상의 발견을 가속화하는 데 도움이 될 수 있습니다.고정은 이 절차에서 중요한 단계입니다. 클리어링 단계 전에, 하나는 고정 후 형광 단백질의 강도를 확인해야합니다. 식물 샘플을 마이크로 튜브의 고정 용액에 침지하기 시작하고, 고정 용액의 부피가 샘플 부피의 다섯 배 이상인지 확인하십시오.마이크로 튜브를 파라 필름으로 밀봉하고 바늘을 사용하여 구멍을 뚫습니다. 마이크로 튜브를 데시케이터에 놓고 진공도를 약 690 밀리미터의 수은으로 천천히 조정하여 기포가 샘플에서 서서히 나타나도록하십시오. 건조기를 배출 한 후 진공 펌프를 끕니다.시료를 방해하지 않고 건조제를 조심스럽게 배출하십시오. 진공 펌프를 다시 켜고 데시케이터를 배출 한 후 전원을 끕니다. 마이크로튜브의 고정 용액을 부딪히지 않고 데시케이터를 조심스럽게 엽니다.고정 용액을 제거하고 마이크로 피펫으로 1x PBS를 추가하십시오. 1분 동안 저장한 후 기존 PBS를 새 1x PBS로 교체합니다. 클리어링 용액의 샘플 부피의 다섯 배에서 PBS를 제거한 후, 마이크로 튜브를 파라필름으로 밀봉하고 바늘로 구멍을 뚫었다.샘플을 건조기에 넣습니다. 진공 펌프를 대피시키고 끕니다. 데시케이터를 부드럽게 연 다음 마이크로튜브를 닫습니다.마이크로 튜브를 반전, 청소 과정을 가속화하기 위해 일에서 이틀마다. 스페이서 프레임의 경우, 실리콘 고무 시트를 면도날로 절단하여 샘플 두께에 따라 실리콘 고무 시트 두께를 조정한다. 실리콘 프레임을 커버 글라스 위에 놓은 다음 처리 된 샘플을 프레임 내에 놓고 약 100 마이크로 리터의 제거 용액을 첨가하여 기포를 제거하십시오.클리어링 용액의 증발을 방지하기 위해 다른 커버 글래스로 덮으십시오. 샘플을 형광 현미경으로 관찰하십시오. 관찰 후 샘플을 마이크로튜브 내의 클리어링 용액으로 복귀시킨다.다양한 종의 고정된 잎을 이틀 동안 PBS 또는 ClearSee에서 여덟 일 동안, ClearSee 또는 ClearSeeAlpha에서 배양하였다. ClearSee는 다양한 종의 잎을 맑게 할 수 있습니다. 큐티큘러를 추출한 후, ClearSee는 쌀잎을 맑게 할 수 있었습니다.ClearSeeAlpha의 아황산나트륨 성분은 환원 효과로 인한 폴리페놀 산화를 방지하므로 ClearSeeAlpha는 갈색 색소 침착없이 담배와 티라니아 피스틸을 제거 할 수 있습니다. 애기장대의 유비퀴틴-10 프로모터 H2B-mClover 잎을 사흘 동안 PBS 또는 ClearSee로 처리하였다. 클리어시브 처리는 애기장대 H2B-m클로버 잎의 옅은 녹색을 감소시키고 PBS 인큐베이션과 비교하여 H2B-m클로버의 형광 강도를 향상시켰다.ClearSee 처리된 잎은 950 나노미터 여기로 이광자 여기 현미경으로 관찰되었다. 세포벽은 칼카가루-화이트로 염색된다. 핵은 유비퀴틴-10 프로모터, H2B-mClover로 표지된다.Y Z 및 X Z 이미지는 흰색 점선으로 표시된 위치의 단면입니다. 고정 용액의 준비는 샘플을 고정시키는 데 중요합니다. 그러나 진공 상태에서 샘플의 손상을 방지하기 위해주의를 기울여야합니다.현미경 이미징은 이 절차에 따라 식물 발달 및 감염 동안 다수의 유전자 발현 패턴 및 세포내 통신을 연구하기 위해 수행될 수 있다.

optical-clearing-of-plant-tissues-for-fluorescence-imaging

Research

연구

JoVE Journal

Biology

생물학

전체 마우스 기관의 Multiphoton 현미경은 광학 이미징 전에 장기를 삭제하면 가능하지만, 모든 프로토콜은 형광 단백질의 형광 신호를 보존 할 수 있습니다. 에탄올 기반의 탈수 및 벤질 알코올 광학 개간 방법 사용 : 벤질 벤조산의 개간을, 우리는 전체 마우스 두뇌가 YFP을 표현의 고해상도 multiphoton 이미지를 보여줍니다.

YFP를 표현 잡습니다 마우스 뇌의 Multiphoton 현미경

큰 조직 내에서 형광 표지된 세포의 고해상도 이미지를 얻으려면 이상적으로는 생물학적 샘플을 절편 없이 이미지화해야 합니다. 3DISCO는 유기 용매를 사용한 순차적 배양을 기반으로 하는 간단한 조직 세척 절차입니다. 투명화되면 장기가 투명해져 표본의 종단 간 레이저 스캔이 가능합니다.

영상은 3DISCO에 의해 세포 수준에서 본래대로 생물학적 시스템을 해제

광학 투명화 기술은 조직을 시각화하는 방식에 혁명을 일으키고 있습니다. 이 보고서에서는 보다 일관되고 저렴한 결과를 제공하는 원래의 CLARITY(Clear Lipid-exchanged Acrylamide-hybridized Rigid Imaging-compatible Tissue-hYdrogel) 프로토콜의 수정 사항에 대해 설명합니다.

수동 CLARITY를 사용하여 마우스 중추 신경계의 광학 지우기

이 프로토콜에서 우리 애기 꽃과 siliques, 몇 가지 기본적인 개간 기술의 적절 한 해 부에 대 한 기법을 설명 하 고 생식 구조의 전체 마운트 관측에 대 한 절차를 얼룩이 지기 선정.

전체-마운트 고 애기 꽃 기관 및 Siliques의 얼룩

항체 라벨링, 광학 클리어링 및 고급 광 현미경의 조합은 완전한 구조 또는 장기의 3차원 분석을 가능하게 합니다. 여기에 설명된 간단한 방법은 두꺼운 신장 슬라이스의 면역 라벨링, 에틸 시나메이트와 광학 클리어링, 3차원 신장 구조의 시각화 및 정량화를 가능하게 하는 공초점 이미징을 결합하는 간단한 방법입니다.

면역 표지된 신장 조직의 광학 클리어링 및 화상 진찰

종양 구상체는 종양 세포-미세환경 상호작용 및 치료 반응을 평가하기 위해 점점 더 활용되고 있다. 본 프로토콜은 신속한 광학 클리어링을 사용하여 3D 종양 구상체의 반고처리량 이미징을 위한 견고하지만 간단한 방법을 기술한다.

종양 구상체의 반 높은 처리량 분석을 위한 신속한 광학 클리어링

본 프로토콜은 조직의 단단하고 두껍거나 층상 된 특성으로 인해 내부 구조 관찰을 준비하기가 어려운 쌀 싹에 대한 클리어링 기술을 설명합니다. 이 방법은 성인 벼 식물에서도 지속적이고 깊은 형광 관찰을 용이하게합니다.

클리어링 기술을 통한 라이스 싹의 깊은 형광 관찰

본 프로토콜은 플라스모디오포라 브라시카에 의해 유도된 담즙의 조직학적 관찰을 위한 최적화된 방법을 기술한다. 배축의 Vibratome 섹션은 질병 진행 동안 전사 인자와 식물 호르몬의 관여를 연구하기 위해 형광 이미징 전에 제거됩니다. 이 프로토콜은 수지 임베딩 한계를 극복하여 형광 단백질의 플란타 시각화를 가능하게 합니다.

Plasmodiophora brassicae에 대한 유전자 발현 및 생리적 반응의 변화를 시각화하기 위해 투명화와 형광 현미경을 결합

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

본 프로토콜은 (SWITCH - H 2O2 - Antigen Retrieval - 2,2'-thiodiethanol [TDE]) SHORT 조직 형질 전환 기법과 광시트 형광 현미경 이미징을 일상적으로 높은 처리량 프로토콜로 결합하여 수십 개의 사후 인간 뇌 절편의 신속하고 동시적인 광학 투명화, 다중 라운드 라벨링 및 3D 체적 재구성을 위한 단계별 절차를 제공합니다.

Optical Clearing and Labeling for Light-sheet Fluorescence Microscopy in Large-scale Human Brain Imaging(대규모 인간 뇌 영상에서 광시트 형광 현미경을 위한 광학 투명화 및 라벨링)

흡수 분자 용액과 같은 광학 투명화 기술은 광 산란을 일시적으로 줄여 생물학적 이미징을 향상시키고 깊이 박힌 장기에 대한 생체 적합성, 가역적 생체 내 이미징 전략을 제공합니다. 이 프로토콜은 살아있는 동물의 실시간 역학을 위한 고품질의 동적 이미징을 달성하기 위해 상세한 실험 절차와 고급 이미지 처리를 제공합니다.

Ex Vivo 및 In Vivo 이미징을 위한 흡수 분자를 사용한 일시적인 광학 투명화

배우세요 식물 조직의 광학 클리어링 기법으로 형광 단백질을 보존하며 투명화하는 방법입니다. Arabidopsis thaliana 등 다양한 식물 종에서 무손상 심층 이미징이 가능하여 식물 발달 및 미생물 상호작용 연구에 활용됩니다.

형광 이미징을 위한 식물 조직의 광학 클리어링

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