Beschrijven we een methode voor het onderzoeken van de mogelijkheid van tip-groeiende plantencellen, met inbegrip van stuifmeel buizen, root haren, en mos protonemata, naar elongate via zeer smalle openingen (~ 1 µm) in een microfluidic apparaat.
Methodenartikel
Beschrijven we een methode voor het onderzoeken van de mogelijkheid van tip-groeiende plantencellen, met inbegrip van stuifmeel buizen, root haren, en mos protonemata, naar elongate via zeer smalle openingen (~ 1 µm) in een microfluidic apparaat.
In vivo, tip groeiende plantencellen moeten overwinnen van een aantal fysieke belemmeringen; onderzoekers ontbreekt echter de methodologie om te visualiseren van cellulaire gedrag in dergelijke beperkende voorwaarden. Om dit probleem te verhelpen, hebben we groei kamers voor tip groeiende plantencellen die een aantal smalle, micro-verzonnen lacunes (~ 1 µm bevatten) in een poly-dimethylsiloxane (PDMS) substraat. Deze transparante materiaal zorgt voor de gebruiker te volgen uiteinde rek processen in afzonderlijke cellen tijdens microgap penetratie door time-lapse imaging. Met behulp van deze experimenteel platform, waargenomen wij morfologische veranderingen in stuifmeel buizen als ze de microgap doorgedrongen. We veroverde de dynamische veranderingen in de vorm van een fluorescently geëtiketteerde vegetatieve kern en zaadcellen in een stuifmeel buis tijdens dit proces. Bovendien, we toonden de mogelijkheden van de root haren en mos protonemata te dringen de 1 µm-kloof. Dit platform in vitro kan worden gebruikt om te bestuderen hoe individuele cellen reageren op fysiek beperkte ruimten en kan inzicht verwerven in de mechanismen van de tip-groei.
Nadat stuifmeel korrels op een stigma ontkiemen, produceert elke graan een enkele stuifmeel buis dat zaadcellen de eicel en de centrale cel in de zaadknop voor double bevruchting draagt. Stuifmeel buizen elongate door middel van de stijl en uiteindelijk het bereiken van de zaadknop door het aftasten van meerdere begeleiding signalen langs hun manier1. Tijdens de rek tegenkomen stuifmeel buizen een aantal fysieke belemmeringen; de verzendende track is gevuld met cellen, en pollen buizen moet invoeren de minieme micropylar opening van de zaadknop te bereiken hun doel (figuur 1A)2. Stuifmeel buisjes moeten daarom de mogelijkheid om te penetreren fysieke obstakels, terwijl het gedogen van de drukspanning uit hun omgeving. Root haren zijn een ander soort tip groeiende plant cel die moet bestand zijn tegen fysieke obstakels in de omgeving, in de vorm van verpakte gronddeeltjes (figuur 1B).
Diverse mechanische eigenschappen van het stuifmeel buis zijn bestudeerd, met inbegrip van turgor druk en stijfheid van de apicale regio van de cel, die kan worden gemeten met behulp van de beginnende Plasmolyse methode3,4 en cellulaire kracht microscopie (CFM) 5 , 6, respectievelijk. Echter, deze methoden alleen niet onthullen of stuifmeel buizen staat grondvlak via fysieke barrières langs hun groei paden zijn. Een alternatieve techniek waarmee stuifmeel buis rek gecontroleerde in vivo is twee foton microscopie7. Met deze methode, het is echter moeilijk te observeren de morfologische veranderingen in individuele stuifmeel buizen diep in het weefsel van de zaadknop. Bovendien kan root haargroei in de bodem worden gevisualiseerd met behulp van X-ray berekend tomografie (CT) en magnetic resonance imaging (MRI)8, zij het met een lage resolutie. Hier presenteren we een methode die kan worden gebruikt voor het verwerven van resolutieafbeeldingen van deformatieproces in van een cel op een conventionele Microscoop.
Het algemene doel van de hier beschreven methode is om te visualiseren de rek mogelijkheid van tip-groeiende plantencellen, met inbegrip van stuifmeel buizen, root haren, en mos protonemata, in uiterst kleine ruimtes. Zoals de microdevices van de poly-dimethylsiloxane (PDMS) gepresenteerd in dit manuscript optisch transparant zijn en door de lucht permeabele, we kunnen cultuur van levende cellen binnen in het apparaat en observeren van het gedrag van hun groei onder een microscoop. Het is ook mogelijk te maken van micro ~ nanometer schaal ruimten door de zachte lithografie techniek9 met het gebruik van mallen. Deze functies laten te bestuderen van de rek mogelijkheid van plantencellen tip-groeien in een fysiek afgesloten omgeving.
In dit werk, we gebouwd 1 µm breed lacunes (4 µm in hoogte) in microfluidic apparaten en de mogelijkheid van stuifmeel buizen te dringen deze kunstmatige obstakels die veel kleiner dan de diameter van de cilindrische stuifmeel buis (ongeveer 8 µm zijn) onderzocht. Dit experimenteel platform ons in staat stelt om te visualiseren de stuifmeel buis van reactie op microgaps en vastleggen van time-lapse beelden van de reactie, die van de cel vervorming proces volgen. Ook ontwikkelden we de microdevices die kan worden gebruikt voor het onderzoeken van de mogelijkheden van de penetratie van root haren en mos protonemata. Verschillende microdevices hebben gemeld tot nu toe waarmee de visualisatie van plant10,11,12,13 en moss protonemata14 wortelgroei met hoge resolutie. In onze apparaat, een reeks van root haar groei kanalen loodrecht op een root groei kamer zijn aangesloten en individuele root haren (ongeveer 7 µm in diameter) worden geleid tot fluidic kanalen met een 1 µm breed opening. Wij ook gekweekt moss protonemata (ongeveer 20 µm in diameter) in een microdevice met microgaps te onderzoeken hun reacties op deze fysieke barrières. De voorgestelde microfluidic gebaseerde aanpak laat ons toe om verkennen van de mogelijkheid van verschillende tip groeiende plantencellen om te rekken door zeer kleine ruimtes, die door een andere beschikbare methode kunnen niet worden onderzocht.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
1. fabricage van het PDMS Microdevice te onderzoeken groeiende Pollen buizen en mos Protonemata
Opmerking: We gebruikten een maskless fotolithografie instrument te bereiden PDMS mallen (wafers) van silicium. De details over de werking van het systeem worden weggelaten in dit manuscript. Een standaard fotolithografie techniek9 met behulp van een photomask kan ook worden gebruikt om het maken van de mallen van de PDMS beschreven in dit manuscript.
2. de fabricage van het PDMS Microdevice voor Root haren
3. voorbereiding van de In Vitro cel kweekmedium stuifmeel buizen (Torenia fournieri)
4. voorbereiding van de In Vitro cel kweekmedium Root haren (Arabidopsis thaliana)
5. voorbereiding van de In Vitro cel kweekmedium Moss Protonemata (Physcomitrella patenen)
6. in Vitro Culturing van T. fournieri Pollen buizen in de Microdevice
7. in Vitro Culturing van A. thaliana Root haren in de Microdevice
Opmerking: Stappen 7.1-7,9 (behalve 7.3 en 7.5) moeten worden uitgevoerd in een laminaire flow-kap.
8. in Vitro Culturing van P. patens (moss) Protonemata in het Microfluidic-apparaat
Opmerking: Stappen 8.2-8.6 (met uitzondering van 8.3) moeten worden uitgevoerd in een laminaire flow-kap.
9. time-lapse beeldvorming van T. fournieri stuifmeel buis groei
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Als aangegeven in Figuur 1, tegenkomen plantencellen tip groeiende een aantal fysieke barrières langs hun groei paden in vivo. De microfluidic in vitro cel cultuur platforms gepresenteerd in deze studie ingeschakeld het onderzoek naar de tip-groeiende proces in drie soorten plantencellen (stuifmeel buizen, root haren en mos protonemata) via 1 µm kunstmatige lacunes (Figuur 3, Figuur 4
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Verschillende kritische stappen in het protocol moeten worden gevolgd om juist te verkrijgen van de resultaten van bovenstaande. Eerst, de PDMS laag en glazen bodem schotel oppervlakken moeten beide worden behandeld met plasma voor een voldoende hoeveelheid tijd voordat hechting. Anders kan de PDMS laag lokaal losmaken van het glasoppervlak terwijl tip groeiende cellen zijn het overschrijden van de microgaps. Een andere cruciale stap in het haar van de wortel en moss protonemata-protocol is de sterilisatie van de microde...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen hebben.
Wij danken H. Tsutsui en D. Kurihara voor ons te voorzien van transgene planten, met inbegrip van de T. fournieriRPS5Ap::H2B-tdTomato -lijn en de lijn van A. thaliana UBQ10pro::H2B-mClover , respectievelijk. Dit werk werd ondersteund door het Instituut van transformatieve Bio-moleculen van Nagoya University en het Japan geavanceerde Plant Science netwerk. Financiële steun voor dit werk werd verstrekt door subsidies van de Japan Science and Technology Agency (ERATO project verlenen neen. JPMJER1004 voor T.H.), een Grant-in-Aid voor wetenschappelijk onderzoek op innovatieve gebieden (Nos. JP16H06465 en JP16H06464 voor T.H.), en Japan maatschappij voor de promotie van wetenschap (JSPS) Grants-in-Aid voor uitdagende verkennend onderzoek (subsidie no. 26600061 voor N.Y. en grant nos. 25650075 en 15 K 14542 voor aan).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| PDMS | Dow Corning Co. | Sylgard184 | |
| Murashige & Skoog Medium | Wako Pure Chemical | 392-00591 | |
| MES | Dojindo | 345-01625 | |
| Sucrose | Wako Pure Chemical | 196-00015 | |
| 50 mm glass-bottom dish | Matsunami Glass | D210402 | |
| 35 mm glass-bottom dish | Iwaki | 3971-035 | |
| Surgical blade | Feather | No.11 | |
| biopsy punches | Harris | Uni-Core | |
| Gel loading tips | Bio-Bik | 124-R-204 | |
| Inverted Microscope | Olympus | IX83 | |
| CSU-W1 | Yokogawa Electric | Geen catalogusnummer is beschikbaar voor deze aangepaste microscoop | |
| MetaMorph imaging software | Molecular Devices |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen