Name: 사탕수수 뿌리 시스템을 특성화하기 위한 다각형 분석 접근법 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-08-17T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 21 s
Description: 배우세요 사탕수수 뿌리 시스템 특성화를 위한 다각형 분석 접근법을 활용한 현장 실험 및 디지털 이미징 기술. Saccharum 종 간 형태학적 변이와 환경 스트레스 반응을 연구하여 육종 전략 개선에 활용할 수 있는 통찰을 제공합니다.

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1. 트렌치 샘플링에 의한 현장 굴착
<ol>
	<li>좋은 작물 재배와 성장을 보장하기 위해 권장 관행 패키지(POP)에 따라 120cm, 90cm의 줄 간격으로 심은 두 개의 싹이 틔운 세트에서 밭에서 상업용 사탕수수 잡종(이하 "품종"이라고 함)을 재배합니다.</li>
	<li>작물의 성숙 단계가 끝나면 굴착기를 사용하여 밭에 도랑 (깊이 1.5m, 너비 1.0m)을 파십시오. 지속적인 물 분사를 통해 뿌리를 손상시키지 않고 뿌리 영역의 토양이 제거되었는지 확인합니다(그림 1).</li>
	<li>부착된 토양이 느슨해지면 뿌리 시스템과 함께 지팡이를 뿌리째 뽑고 실험실로 가져가 뿌리 수, 뿌리 길이, 부피 및 무게를 수동으로 측정합니다.</li>
</ol>
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63596/63596fig01.jpg"> 
그림 1: 뿌리의 현장 굴착을 위한 트렌치 샘플링 방법. (A) 들판을 따라 파낸 측면 트렌치, (B) 물 분사, (C) 트렌치의 깊이를 보여주는 내부 모습. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63596/63596fig01large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
2. 샘플링 오류를 줄이기 위한 루트 코어 샘플러
<ol>
	<li>밭에서 사탕수수 뿌리 샘플링을 위해 연강(MS) 재료를 사용하여 제작한 높이 61cm, 무게 8kg 16cm의 원통형 뿌리 코어 샘플러를 사용합니다. 샘플러의 하단 가장자리에 날카로운 모서리를 제공하여 토양에 삽입하는 동안 쉽게 침투할 수 있도록 합니다. 샘플러를 들어 올릴 수 있도록 상단에 직경 3cm의 고리를 제공합니다(그림 2).</li>
	<li>좋은 작물 재배와 성장을 보장하기 위해 권장되는 POP에 따라 120cm의 줄 간격으로 심고 90cm의 줄 간격에 심은 두 개의 싹이 틔운 세트에서 밭의 사탕 수수 품종을 재배합니다.</li>
	<li>작물의 성숙 단계에서 샘플러의 상단 가장자리를 기본 새싹/지팡이에 고정하고 원하는 토양 깊이(45cm)에 도달하기 위해 계속 망치질합니다. 전체 토양 덩어리를 샘플러로 들어 올리고 흐르는 물에 조심스럽게 씻어 부착 된 뿌리를 분리합니다.</li>
	<li>뿌리를 철저히 세척한 후 수동 측정을 통해 부피, 표면적, 길이 및 무게를 기록하고 투명 트레이에 뿌리를 펴서 참조된 소프트웨어를 사용하여 해당 디지털화된 이미지를 스캔하고 분석합니다( 재료 표 참조).</li>
</ol>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63596/63596fig02.jpg"> 
그림 2: 루트 코어 샘플러. (A) 치수, (B) 평면도 및 (C) 샘플링 사이트. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63596/63596fig02large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
3. 다양한 표현기에서 샘플링을 용이하게 하는 뿌리 표현형 구조
<ol>
	<li>사탕수수 뿌리의 샘플링을 위해 4.5m x 10.1m 크기의 인접한 3개의 구획으로 구성된 뿌리 표현형 구조를 구성하고, 측벽을 수동으로 해체하여 지하 뿌리 시스템(최대 80-100cm 깊이까지)을 드러낼 수 있는 준비를 합니다(그림 3). 길이 1.8m, 너비 30cm, 두께 4cm 크기의 프리캐스트 슬래브로 측벽을 구성합니다.</li>
	<li>토양 통기를 용이하게 하기 위해 적절한 배수구가 있는 ~20cm의 머리 공간을 남겨두고 밭 흙으로 구조물을 채우고 압축합니다.</li>
	<li>Saccharum officinarum L., Saccharum spontaneum L., Saccharum barberi Jesw., Saccharum sinense Roxb., 및 Saccharum robustum Brandes 및 Jeswiet ex Grassl을 포함하는 생식질 클론의 새싹 칩을 파종합니다. (이하 "Saccharum spp. 클론"이라고 함) 발근 배지 (적토 : 농장 마당 분뇨 : 모래 = 2 : 2 : 1)를 포함하는 트레이에서 30 일 동안 발아시킵니다. 좋은 작물 설립과 성장을 보장하기 위해 권장되는 POP에 따라 90cm의 행 간격에서 60cm의 균일하고 건강한 정착을 구조물에 이식합니다.</li>
	<li>형성 단계(심기 후 60-120일[DAP]) 및 대성장(120-150 DAP) 단계에서는 프리캐스트 슬래브로 만든 측벽을 수동으로 제거한 다음 워터 제트를 지속적으로 분사하여 뿌리를 노출시킵니다.</li>
	<li>전체 뿌리 시스템을 뿌리째 뽑아 실험실로 가져가 길이, 부피 및 무게를 수동으로 측정하고, 뿌리를 투명 트레이에 펼쳐 놓고 참조된 소프트웨어에서 해당 디지털화된 이미지를 스캔하고 분석합니다( 재료 표 참조).</li>
	<li>구획 중 하나에서 관개를 보류하여 가뭄 스트레스를 가하고 두 번째 구획의 배수구를 막아 토양 포화도를 유지하여 침수 스트레스를 시뮬레이션합니다. 권장 POP에 따라 세 번째 구획을 관개하여 필드 용량을 유지하고 제어 역할을 합니다.</li>
</ol>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63596/63596fig03.jpg"> 
그림 3: 루트 표현형 구조. (A) 치수, (B) 세 구획의 개요, (C) 한 구획의 보기. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63596/63596fig03large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
4. 근권 생물학을 연구하기 위한 식물의 수경 재배
<ol>
	<li>뿌리 생물학의 세부 사항을 연구하기 위해 사탕수수를 재배하는 데 도움이 되는 환경 제어 온실에서 사내 수경 재배 시스템을 제작합니다. 수족관 펌프에 의해 제공되는 폭기와 함께 20cm x 20cm x 50cm 크기의 유리 탱크에 ~15L의 변형된 Hoagland's 영양 용액(표 1)을 추가합니다(그림 4).</li>
	<li>사탕 수수 품종과 Saccharum spp. 클론의 새싹 칩을 파종하고 퇴비 코이어 속을 포함하는 트레이에서 30 일 동안 발아하도록 둡니다. 탱크당 3번의 침전 빈도로 균일하고 건강한 침전을 수경 재배 탱크에 이식하고 전체 뿌리를 영양 용액에 넣도록 주의하십시오. 뿌리가 빛에 노출되지 않도록 탱크를 검은 천으로 덮으십시오. 유리 탱크 가장자리에 플라스틱 메쉬 (20cm x 20cm)를 사용하여 식물을 똑바로 지탱하십시오.</li>
	<li>발아 단계 (60 일)가 끝나면 광합성 활동이 최고조에 달하는 시간 동안 50 mL의 트랩 용액 (멸균 이중 증류수)에 4 시간 (0800 시간에서 1200 시간) 동안 손상되지 않은 식물의 뿌리를 담가 뿌리 삼출물을 수집합니다. 수집된 용액을 Whatman 여과지를 통해 여과한 다음 음이온 교환으로 채워진 유리 기둥에 통과시킨 다음 양이온 교환 수지12를 통과시킵니다. 용출된 분획을 건조시킬 때까지 증발시키고 추가 처리까지 -20 °C에서 보관합니다.</li>
	<li>유기산12 측정을 위해 HPLC로 처리된 뿌리 삼출물 샘플을 분석하고 표준 프로토콜에 따라 총 페놀13, 단백질14, 당15 및 아미노산16 을 추정하기 위해 분광 광도법으로 분석합니다.</li>
	<li>매주 간격으로 뿌리 성장을 모니터링하여 뿌리 끝 색소 침착과 뿌리 모발 밀도를 기록합니다. 표준 프로토콜에 따라 효소, peroxidase17 및 superoxide dismutase18의 활성과 총 페놀 함량19 를 3개월째에 평가합니다.</li>
	<li>멸균 수술용 칼날을 사용하여 1차 뿌리에서 뿌리 끝까지 세로 슬라이스를 가하여 뿌리 손상에 대한 반응을 평가하고 주기적으로 변화를 모니터링합니다.</li>
</ol>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>화학</td>
			<td>최종 집중</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>질산칼륨</td>
			<td>0.608 g· L-1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>질산칼슘</td>
			<td>1.415g· L-1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>인산이수소칼륨</td>
			<td>0.164 g· L-1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>황산마그네슘</td>
			<td>0.560 g· L-1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EDTA-철 모노나트륨 염</td>
			<td>6.00 g·250L-1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>붕산</td>
			<td>1.43 g·250L-1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>염화망간 테트라하이드레이트</td>
			<td>0.91 g·250L-1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>황산아연(Zinc sulphate)</td>
			<td>0.11 g·250L-1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>구리수파테</td>
			<td>0.04 g·250L-1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>몰리브딕산</td>
			<td>0.01 g250L-1</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
표 1: 사탕수수의 수경재배 배양을 위한 변형된 영양 용액의 조성.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63596/63596fig04.jpg"> 
그림 4: 수경재배 설정. 설정은 (A) 사탕수수 재배를 위해 맞춤화되었으며 (B) 5개월 된 작물(사진 촬영 목적으로만 제거된 검은색 천)입니다. 이 그림은 Hari et al.9에서 수정되었습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63596/63596fig04large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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</ol>

<table><tbody><tr><td>파이프라인 액세서리가 있는 폭기 펌프</td><td>현지 출처에서 구입</td><td>NA</td><td>사탕수수 수경재배에 사용</td></tr><tr><td>붕산</td><td>Sisco Research Laboratories, 인도</td><td>80266</td><td>변형된 Hoagland's 용액의 준비</td></tr><tr><td>질산칼슘</td><td>Central Drug House, 인도</td><td>27606</td><td>변형된 Hoagland's 용액의 준비</td></tr><tr><td>퇴비화 된 야자나무 속</td><td>현지 출처에서 구입</td><td>NA</td><td>사탕수수 세트를 발아시키는 데 사용됩니다.</td></tr><tr><td>황산구리(Curric sulphate)</td><td>Sisco Research Laboratories, 인도</td><td>38869</td><td>변형된 Hoagland's 용액의 준비</td></tr><tr><td>DEAE-셀룰로오스</td><td>Sisco Research Laboratories, 인도</td><td>10529</td><td>뿌리 삼출물 처리를 위한 음이온 교환 수지</td></tr><tr><td>EDTA-철 일나트륨염</td><td>Sisco Research Laboratories, 인도</td><td>59389</td><td>변형된 Hoagland's 용액의 준비</td></tr><tr><td>농장 마당 거름</td><td>현지 출처에서 구입</td><td>NA</td><td>사탕수수 세트를 발아시키는 데 사용됩니다.</td></tr><tr><td>유리 탱크</td><td>자체 제작</td><td>NA</td><td>사탕수수 수경재배에 사용</td></tr><tr><td>HPLC</td><td>애질런트 테크놀로지스</td><td>1200 인피니티</td><td>뿌리 삼출물의 유기산 정량</td></tr><tr><td>황산마그네슘</td><td>Sisco Research Laboratories, 인도</td><td>29117</td><td>변형된 Hoagland's 용액의 준비</td></tr><tr><td>염화망간</td><td>Sisco Research Laboratories, 인도</td><td>75113</td><td>변형된 Hoagland's 용액의 준비</td></tr><tr><td>몰리브드산</td><td>Sisco Research Laboratories, 인도</td><td>49664</td><td>변형된 Hoagland's 용액의 준비</td></tr><tr><td>인산이수소칼륨</td><td>Central Drug House, 인도</td><td>29608</td><td>변형된 Hoagland's 용액의 준비</td></tr><tr><td>질산칼륨</td><td>Central Drug House, 인도</td><td>29638</td><td>변형된 Hoagland's 용액의 준비</td></tr><tr><td>프로트레이</td><td>자체 제작</td><td>NA</td><td>사탕수수 세트를 발아시키는 데 사용됩니다.</td></tr><tr><td>붉은 토양</td><td>현지 출처에서 구입</td><td>NA</td><td>사탕수수 세트를 발아시키는 데 사용됩니다.</td></tr><tr><td>루트 코어 샘플러</td><td>자체 제작</td><td>NA</td><td>현장 루트 샘플링에 사용</td></tr><tr><td>모래</td><td>현지 출처에서 구입</td><td>NA</td><td>사탕수수 세트를 발아시키는 데 사용됩니다.</td></tr><tr><td>세랄라이트-120</td><td>Sisco Research Laboratories, 인도</td><td>14891</td><td>뿌리 삼출물 처리를 위한 양이온 교환 수지</td></tr><tr><td>지지 프레임</td><td>현지 출처에서 구입</td><td>NA</td><td>사탕수수 수경재배에 사용</td></tr><tr><td>워터 모터 펌프</td><td>현지 출처에서 구입</td><td>NA</td><td>사탕수수 수경재배에 사용</td></tr><tr><td>Whatman 여과지 등급 1</td><td>유니버설 사이언티픽</td><td>1001090</td><td>뿌리 삼출물 처리</td></tr><tr><td>WinRhizo PRO(소프트웨어)</td><td>Regent Instruments Inc., 캐나다</td><td>STD4800</td><td>루트 분석을 위한 소프트웨어가 포함된 2차원 루트 스캐너</td></tr><tr><td>황산아연</td><td>Sisco Research Laboratories, 인도</td><td>76455</td><td>변형된 Hoagland's 용액의 준비</td></tr></tbody></table>

사탕수수 뿌리 시스템을 특성화하기 위한 다각형 분석 접근법

Multipronged Phenotyping Approaches to Characterize Sugarcane Root Systems

사탕수수 품종의 뿌리 형태학적 특성의 변이 도랑 샘플링에 의해 현장에서 발굴되고 수경 재배 환경에서 자란 Co 62175의 뿌리 시스템의 대표적인 이미지가 그림 5A, B에 나와 있습니다. Co 62175 및 Co 99006 품종에서 긴 뿌리(~100cm)가 관찰되었으며, Co 99006이 가장 높은 뿌리 무게(127g·덩어리−1)를 기록했습니다. 뿌리 코어 샘플러를 사용하여 뿌리 형질을 기록한 결과, Co 62175는 누적 뿌리 길이, 뿌리 표면적 및 뿌리 부피와 관련하여 Co 99006에 비해 우수한 뿌리 시스템을 가지고 있음을 밝혔습니다(그림 5C-E). 그러나 평균 뿌리 직경은 Co 62175보다 Co 99006에서 더 높았습니다(그림...

Roots are the primary conductors of water and nutrients and play a vital role in sustaining growth and yield under stressful environments. The study of ...

multipronged-phenotyping-approaches-to-characterize-sugarcane-root

Research

연구

JoVE Journal

Biology

생물학

이 프로토콜은 시중에서 구입할 수있는 평판 스캐너를 사용하여 중력 자극에 응답 애기 모종의 이미지를 신속하게 수집을위한 프로세스를 설명합니다. 방법은 다운 스트림 분석 알고리즘에 대한 의무 고해상도 이미지의 저렴한 대용량 포착을 허용한다.

애기 장대 루트 Gravitropic 응답의 고해상도 시간 경과 이미지를 수집하는 평판 스캐너를 사용하여

이 문서에서는 기본 루트 및 루트 머리카락 하나의 광학 평면을 제한 하는 2 층 미세 플랫폼에서 애기 thaliana 묘 문화 하는 방법을 보여줍니다. 이 플랫폼은 다른 방법으로 고해상도 영상 뿐만 아니라 좋은 루트 형태학의 실시간 광학 영상에 대 한 사용할 수 있습니다.

2 층 미세 플랫폼에서 애기 모종의 루트 머리 형태를 이미징

실험 프로토콜은 RGB와 hyperspectral 화상 식물 루트 시스템을 성장 하는 토양의 평가 대 한 제공 됩니다. RGB 이미지 시간 시리즈 hyperspectral에서 chemometric 정보 검색의 조합 공장 루트 역학에 대 한 통찰력을 최적화 합니다.

RGB 및 식물 형질 및 생리 적 연구에 대 한 스펙트럼 루트 이미징: 실험적인 체제 및 프로토콜을 이미징

소프트웨어 기반 이미지 분석 시스템 stoloniferous 및 rhizomatous 종의 형태를 공부 하는 다른 방법을 제공 합니다. 이 프로토콜의 길이 stolons와 뿌리 줄기의 직경 측정을 허용 하 고 많은 양의 바이오 매스와 샘플 및 다양 한 종에 적용할 수 있습니다.

디지털 이미지 분석 시스템을 사용 하 여 Turfgrasses의 Rhizomes Stolons을 측정

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

시각화 및 루트 성장에서 제자리에 매우 도전 이다. 우리는 루트 개발 및 영양 농축에 대 한 응답에서 시간이 지남에 확산을 추적 하는 사용자 정의 rhizobox 방법을 제시. 이 메서드는 루트 소성 유기 질소 소스에 대 한 응답에서에 옥수수 genotypic 차이 분석 하는 데 사용 됩니다.

루트 성장 및 지역화 된 양분에 응답을 시각화 하는 최적화 된 Rhizobox 프로토콜

Parasponia andersonii는 대마초 가족 (칸 나바세아)에 속하는 빠르게 성장하는 열대 나무이며, rhizobium와 관련하여 질소 고정 뿌리 작은 혹을 형성 할 수 있습니다. 여기에서, 우리는 Agrobacterium tumefaciens-중재된 안정한 변환 및 CRISPR/Cas9 기지를 둔 게놈 편집에 근거를 둔 P. andersonii에 있는 역유전 분석을 위한 상세한 프로토콜을 기술합니다.

질소 고정 열대 카나바세아 나무 파라스포니아 앤더슨이 변형, 게놈 편집 및 현상형 화

여기의 프로토콜은 Zea mays 와 Festuca rubra의 두 종에 대한 뿌리의 arbuscular mycorrhizal 식민지화 패턴과 전략을 평가하는 방법을 설명합니다. MycoPatt 방법을 사용하면 매개 변수 계산, 균근 구조를 디지털 데이터로 변환하고 뿌리에서 실제 위치를 매핑 할 수 있습니다.

Festuca rubra와 Zea mays의 뿌리에서 식민지화 패턴과 곰팡이 전략을 탐구하는 도구로서의 균근 지도

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.

플랜트 루트 시스템 아키텍처 특성을 매핑하기 위한 간단한 프로토콜

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

배우세요 사탕수수 뿌리 시스템 특성화를 위한 다각형 분석 접근법을 활용한 현장 실험 및 디지털 이미징 기술. Saccharum 종 간 형태학적 변이와 환경 스트레스 반응을 연구하여 육종 전략 개선에 활용할 수 있는 통찰을 제공합니다.

사탕수수 뿌리 시스템을 특성화하기 위한 다각형 분석 접근법

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