Methodenartikel

LeafJ: Een ImageJ Plugin voor Semi-automatische bladvorm Meting

DOI:

10.3791/50028

⸱

21 januari 2013

 ,  ,  , 
1Department of Plant Biology, University of California Davis

* These authors contributed equally

In dit artikel

Samenvatting

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

Demonstratie van de belangrijkste methoden voor hoge doorvoer blad metingen. Deze methoden kunnen worden gebruikt om blad fenotypering te versnellen bij het bestuderen van veel plant-mutanten of anderszins zeefinstallaties door vleugel fenotype.

Samenvatting

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

High throughput fenotypering (phenomics) is een krachtig hulpmiddel voor het koppelen van genen om hun functies (zie overzicht 1 en recente voorbeelden 2-4). Bladeren zijn de primaire fotosynthetische orgaan, en hun grootte en vorm variëren ontwikkelingsgebied en milieuvriendelijke binnen een installatie. Daarom studies on bladmorfologie vereisen meting van meerdere parameters van verschillende bladeren die best wordt gedaan door semi-geautomatiseerde instrumenten phenomics 5,6. Canopy schaduw is een belangrijke milieu-cue die plant architectuur en life history beïnvloedt; de suite van de reacties wordt collectief genaamd de schaduw te vermijden syndroom (SAS) 7. Onder SAS reacties, geïnduceerd schaduw bladsteel rek en veranderingen in bladoppervlak zijn bijzonder nuttig als indices 8. Tot op heden kan bladvorm programma's (bijvoorbeeld SHAPE 9, LAMINA 10, LeafAnalyzer 11, LEAFPROCESSOR 12) te meten blad lijnen en categoriseren bladvormen, Maar niet uitvoeren bladsteel lengte. Gebrek aan grootschalige meetsystemen van het blad bladstelen heeft geremd phenomics benaderingen van SAS onderzoek. In dit artikel beschrijven we een nieuw ontwikkelde ImageJ plugin, genaamd LeafJ, die snel kan meten bladsteel lengte en bladschijf parameters van het model Arabidopsis thaliana. Voor af en toe een blad dat vereiste handmatige correctie van de bladsteel / bladschijf grens hebben we een touch-screen tablet gebruikt. Verder blad celvorm en blad celaantallen zijn belangrijke determinanten van bladgrootte 13. Los van LeafJ presenteren we ook een protocol voor het gebruik van een touch-screen tablet voor het meten van celvorm, regio en grootte. Onze blad eigenschap meetsysteem is niet beperkt tot shade-avoidance onderzoek en zal blad fenotypering van de vele mutanten en zeefinstallaties door blad fenotypering versnellen.

Protocol

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

1. Plant Materialen

Merk op dat dit de groei van planten protocol is bedoeld voor het opsporen van schaduw vermijdingsreactie. Je kunt groeien planten onder uw favoriete conditie.

  1. Strooi Arabidopsis thaliana zaden op water gedrenkt filtreerpapier in 9 cm petrischaaltjes en op te slaan (stratificeren) hen bij 4 ° C gedurende vier dagen in het donker.
  2. Breng deze petrischalen op gesimuleerde zon voorwaarden: 80-100 μE fotosynthetisch actieve straling (PAR) en ver-rood aanvulling op de R te brengen: FR verhouding tot 1,86. Gebruik lange overdag (16 uur licht / 8 uur donker) en constante temperatuur van 22 ° C. Incubeer in deze toestand gedurende drie dagen om de zaden te laten ontkiemen.
  3. Overdracht gekiemd zaad in de bodem en houdt planten onder de zon staat. Voor grootschalige experimenten, raden wij u voorbereiden kleine tags voor etikettering elke planten met behulp van Data Merge Manager in Microsoft Word 2004 (of later) voor het maken van labels.
  4. Elf dagen na de transfer naar bodem, bewegen de helft van de planten om schaduw staat: hetzelfde als zon, maar met extra ver-rood licht aan de R / FR verhouding te brengen tot 0,52.
  5. Na nog eens twaalf dagen, de planten zijn klaar voor blad beeldvorming. In dit stadium van de oudere bladeren hebben een volledig gerijpt terwijl jongere bladeren groeien nog steeds, zodat u het veroveren van een momentopname van ontwikkeling. Misschien wilt u een andere ontwikkelingsstoornis tijd, afhankelijk van uw behoeften te kiezen.

2. Het vastleggen van Ontleed Leaf Afbeeldingen

  1. Bereid transparanten gelabeld met plantaardige genotype en groei staat met vijf rechthoekige frames. Een frame komt overeen met bladeren van een plant. Microsoft Excel kan worden gebruikt om een ​​consistente rooster met etiketten.
  2. Ontleden bladeren van zesentwintig dagen oude planten.
  3. Scan vertrekt om 600 dpi op een flat-bed scanner. Merk op dat vertrekt van de ene plant moet verticaal worden geplaatst binnen een zwart venster in een sandwich van transparante vellen. Vermijd het aanraken van de bladereneen zwarte raamkozijn en overlappende bladeren, met een fouten in de volgende procedures.

3. Leaf Afbeelding Analyse door LeafJ

  1. Download ImageJ Sleep het LeafJ.jar bestand in de plugins map van ImageJ.
  2. Open een afbeeldingsbestand in ImageJ 1.45s of later 14.
  3. Splits het beeld in drie-kleurkanalen (rood, groen en blauw) door "Beeld> Kleur> Split Channels" en toe te passen drempel om het beeld in het blauwe kanaal.
  4. Selecteer alle van de bladeren van een plant door een rechthoek gereedschap (Figuur 1A).
  5. Selecteer "LeafJ" van de plugin-menu.
  6. Selecteer annotatie informatie voor deze plant in het dialoogvenster dat verschijnt. U kuntbewerkt u de standaardwaarden die hier staan, door te klikken op "bewerken deze opties".
  7. Na het uitvoeren van LeafJ plugin en voordat u op "OK" knop, bewerken getraceerd lijnen van het gebied van belang (ROI) manager upvenster (indien nodig; Figuur 1B). Een touch-screen tablet (zoals een iPad) is nuttig voor deze procedure. iPads kan worden aangesloten op een computer als een extern beeldscherm met Air Display software.
  8. Exporteer meetresultaten en bijbehorende informatie (bestandsnamen, bloeitijd, doorsneden door, gemeten aan de hand, enz.) naar Microsoft Excel of een gelijkwaardige software.

4. Blad Cell Beeldanalyse in ImageJ

  1. Fix ontleed bladeren zoals beschreven in referentie 15 na het scannen (stap 2). FAA vaste bladen kan worden bewaard bij 4 ° C gedurende ten minste 6 maanden.
  2. Schakel het bladeren door het veranderen van de FAA fixatief om chloraalhydraatoplossing en incubeer bladeren voor 1 ~ 2 uur vóór de microscopische observatie 15.
  3. Mount laat op microscope glijdt met trichomen naar boven. Met 40x vergroting op samengestelde microscoop beeld het mesofyl laag van het midden van ieder blad aan beide zijden van de hoofdader, vermijden cellen dichtbij trichomen of strepen.
  4. Trace blad cel schetst door ImageJ ROI manager tool met behulp van het touch-screen tablet en een stylus (zoals beschreven in stap 3). Cel beeldanalyse maakt gebruik van de ingebouwde functies van ImageJ, maar vereist geen LeafJ.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

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

1. Leaf Afbeeldingen tonen Schattingen van de bladsteel en bladschijf Boundary, en hun meetvenster

Een van de meest handige functies van LeafJ is geautomatiseerde detectie van bladschijf / bladsteel grens (figuur 1). De LeafJ algoritme werkt als volgt: de ingebouwde ImageJ ParticleAnalyzer functionaliteit wordt gebruikt te vinden en de oriëntatie van de bladeren bepalen binnenkant van de gebruiker selectie. Voor elk blad de breedte van het blad wordt bepaald langs de hele as va...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

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

Onze "LeafJ" plugin maakt het meten van bladsteel lengte semi-automatisch, het verhogen van doorvoer bijna 6 keer over handmatige meting. Bladsteel lengte is een belangrijke index van SAS en is ook een mijlpaal van andere verschijnselen, zoals overstroming weerstand en hyponastic groei 17. Daarom is deze plugin kan nuttig zijn om een ​​breed scala van planten onderzoekers.

Onze plugin is geïmplementeerd in een gevestigde java-gebaseerde vrije software, ImageJ. Dit maakt ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

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

Geen belangenconflicten verklaard.

Dankbetuigingen

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

LeafJ is geschreven door JNM terwijl hij op sabbatical in het laboratorium van Dr Katherine Pollard's bij de Gladstone Institutes.

Dit werk werd ondersteund door een subsidie ​​van de National Science Foundation (licentienummer IOS-0923752).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Naam van het reagens Vennootschap Catalogusnummer
ver-rood licht LED Orbitec op maat gemaakt
doorzichtigheid IKON HSCA / 5
scanner Epson Epson Perfection V700 Photo
Afbeelding J NIH http://rsbweb.nih.gov/ij/
LeafJ gewoonte http://www.openwetware.org/wiki/Maloof_Lab
Air Display Avatron Software Inc blank "> http://avatron.com/
iPad2 Apple Inc http://www.apple.com/

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Furbank, R. T., Tester, M. Phenomics--technologies to relieve the phenotyping bottleneck. Trends Plant Sci. 16, 635-644 (2011).
  2. Berger, B., Parent, B., Tester, M. High-throughput shoot imaging to study drought responses. J. Exp. Bot. 61, 3519-3528 (2010).
  3. Borevitz, J. O. Natural genetic variation for growth and development revealed by high-throughput phenotyping in Arabidopsis thaliana. G3 (Bethesda). 2, 29-34 (2012).
  4. Albrecht, D. R., Bargmann, C. I. High-content behavioral analysis of Caenorhabditis elegans in precise spatiotemporal chemical environments. Nat. Methods. 8, 599-605 (2011).
  5. Chitwood, D. H., et al. Native environment modulates leaf size and response to simulated foliar shade across wild tomato species. PLoS ONE. 7, e29570(2012).
  6. Chitwood, D. H., et al. The developmental trajectory of leaflet morphology in wild tomato species. Plant Physiol. 158, 1230-1240 (2012).
  7. Casal, J. J. Shade Avoidance. The Arabidopsis Book. , e0157(2012).
  8. Smith, H. Photomorphogenesis in Plants. Kendrick, R. E., Kronenberg, G. H. M. , Kluwer Academic Publishers. 377-416 (1994).
  9. Iwata, H., Ukai, Y. SHAPE: a computer program package for quantitative evaluation of biological shapes based on elliptic Fourier descriptors. J. Hered. 93, 384-385 (2002).
  10. Bylesjo, M., et al. LAMINA: a tool for rapid quantification of leaf size and shape parameters. BMC Plant Biol. 8, 82(2008).
  11. Weight, C., Parnham, D., Waites, R. LeafAnalyser: a computational method for rapid and large-scale analyses of leaf shape variation. Plant J. 53, 578-586 (2008).
  12. Backhaus, A., et al. LEAFPROCESSOR: a new leaf phenotyping tool using contour bending energy and shape cluster analysis. New Phytol. 187, 251-261 (2010).
  13. Tsukaya, H. Mechanisms of Leaf-shape determination. Annual Review of Plant Biology. 57, 477-496 (2006).
  14. Abramoff, M. D., Magalhaes, P. J., Ram, S. J. Image Processing with ImageJ. Biophotonics International. 11, 36-42 (2004).
  15. Horiguchi, G., Fujikura, U., Ferjani, A., Ishikawa, N., Tsukaya, H. Large-scale histological analysis of leaf mutants using two simple leaf observation methods: identification of novel genetic pathways governing the size and shape of leaves. Plant. J. 48, 638-644 (2006).
  16. Horiguchi, G., Ferjani, A., Fujikura, U., Tsukaya, H. Coordination of cell proliferation and cell expansion in the control of leaf size in Arabidopsis thaliana. J. Plant. Res. 119, 37-42 (2006).
  17. Pierik, R., de Wit, M., Voesenek, L. A. C. J. Growth-mediated stress escape: convergence of signal transduction pathways activated upon exposure to two different environmental stresses. New. Phytol. 189, 122-134 (2011).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

LeafJ pluginhigh throughput fenotyperingmeting van bladsteellengtebladlamelparametersanalyse via touchscreen tabletsamengestelde microscopieimaging met flatbedscannermeting van celvorm

Gerelateerde artikelen