Callose is een polysaccharide van β-1,3-glucan, een natuurlijk voorkomende verbinding die voorkomt in de celwanden van verschillende hogere planten. Callose wordt gesynthetiseerd door callosesyntasen (CalS) en afgebroken door β-(1,3)-glucanasen 1,2,3. Het is betrokken bij verschillende biologische processen, waaronder groei en ontwikkeling en de reactie op abiotische en biotische stress 4,5,6. Tijdens infectie door een ziekteverwekker helpt de toename van callose-afzetting in de papillen verdere microbiële kolonisatie te voorkomen, en fungeert als een permeabiliteitsbarrière tussen de naburige plantcellen 2,4,7,8,9,10,11,12 . Door de invasie van ziekteverwekkers in het aangevallen weefsel te vertragen, geeft callose-afzetting tijd voor het inzetten van extra verdedigingsreacties13. Nauwkeurige ruimtelijk-temporele kwantificering van callose in het plantenweefsel is essentieel om de rol ervan in de verschillende fysiologische processen te begrijpen. De huidige methoden van callose-kwantificering uit plantweefsel, waaronder epifluorescentiemicroscopie, immunofluorescentiemicroscopie en fluorescentiespectrofotometrie, hebben echter aanzienlijke beperkingen en kwantificeringsuitdagingen. Daarom is er dringend behoefte om alternatieve methoden voor callose-kwantificatie te onderzoeken om deze nadelen te overwinnen. Er werd verondersteld dat immunofluorescentiespectrofotometrie of enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) een efficiëntere methode voor calosekwantificering in plantmonsters zou kunnen bieden, die hoge specificiteit, gevoeligheid, betrouwbaarheid, reproduceerbaarheid en een hoge-doorvoermethode biedt.
De gouden standaardmethode voor calosekwantificatie omvat beeldvorming van anilineblauw gekleurde callosedeeltjes met epifluorescentiemicroscopie 14,15,16,17. De anilineblauw gekleurde callose verschijnt bij blootstelling aan blauwe of UV-lichtexcitatie als gele fluorescerende deeltjes, die handmatig geteld kunnen worden voor het aantal fluorescerende calosedeeltjes14,15 of geteld kunnen worden door geautomatiseerde calose-telsoftware. Handmatige telling van callose-deeltjes is arbeidsintensief, tijdrovend en subjectief voor deonderzoeker, terwijl geautomatiseerd tellen het verwerven van software-middelen en aanzienlijke technische vaardigheden vereist. Enkele van de software die wordt gebruikt voor geautomatiseerd calose-tellen zijn onder andere ImageJ 19,20,21,22, photoshop 23, CalloseMeasurer24, Icy18,25 en Ilastik26. De anilineblauw gekleurde callose kan ook worden gekwantificeerd met behulp van fluorescentiespectrofotometrie 17,19,27,28,29. De hoge achtergrond/autofluorescentie die geassocieerd wordt met epifluorescentiemicroscopie en fluorescentiespectrofotometrie maakt deze methoden echter moeilijk en onbetrouwbaar vanwege de lage signaal-ruisverhouding26. Bovendien kan anilineblauw naast callose30 ook andere β-1,3-glucanen kleuren, waardoor zowel epifluorescentiemicroscopie als fluorescentiespectrofotometriemethoden voor calose-detectie en kwantificatie gedeeltelijk niet-specifiek en onbetrouwbaar zijn. Een methode van immunofluorescentiemicroscopie voor callose-kwantificatie, gebaseerd op callose-specifieke antilichamen, is ook gebruikt in verschillende studies 31,32,33. Hoewel deze methode enkele nadelen deelt met epifluorescentiemicroscopie van anilineblauw gekleurde eelt, heeft ze het voordeel dat ze callose-specifiek is vanwege de hier gebruikte antilichamen. Calose-kwantificatie is ook uitgevoerd met behulp van enzymactiviteitsgebaseerde methoden. Enzymactiviteitsgebaseerde methoden voor calose-kwantificatie omvatten de beoordeling van calosesynthase (CalS)20,33 en β-(1,3)-glucanase-activiteiten34,35. De op enzymactiviteit gebaseerde methoden hebben verschillende nadelen ten opzichte van epifluorescentiemicroscopie, immunofluorescentiemicroscopie en fluorescentiespectrofotometrie. Deze omvatten indirecte schatting van eelt, de moeilijkheid van enzymextractie en enzymactiviteitstests, en het ontbreken van een gelijkmatige verdeling van callose in het plantweefsel.
Vanwege de nadelen van de huidige methoden voor calose-kwantificatie, waaronder epifluorescentiemicroscopie, immunofluorescentiemicroscopie, fluorescentiespectrofotometrie, CalS en β-(1,3)-glucanase-assays, was er behoefte aan een nieuwe methode voor callose-kwantificering die een aantal voordelen zou bieden, waaronder 1) hoge specificiteit, gevoeligheid, betrouwbaarheid en reproduceerbaarheid, en 2) eenvoudigere calose-kwantificatie met hoge doorvoercapaciteit. Het gebruik van immunofluorescentiespectrofotometrie voor callose-kwantificatie is niet onderzocht. Hier wordt een nieuwe methode voor calose-kwantificatie gebaseerd op immunofluorescentiespectrofotometrie gerapporteerd, meer specifiek de Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA). De methode kan worden geoptimaliseerd voor de kwantificering van callose in verschillende planten of hun weefsels met een goede mate van specificiteit qua eelt, precisie, reproduceerbaarheid en een hoge-doorzettingsexperimentele capaciteit. Deze methode kan ook worden aangepast om elke plantaardige analyte te kwantificeren als het antilichaam tegen dat analyt beschikbaar is. Om een nauwkeurige, efficiënte en betrouwbare ruimtelijke verdeling van callose in plantweefsels te waarborgen, wordt aanbevolen dat verschillende methoden van calosekwantificatie gelijktijdig worden gebruikt, waaronder microscopie, spectrofotometrie en enzymactiviteitsmethoden. Hierdoor wordt het nauwkeurig en efficiënt mogelijk om de rol van callose in verschillende fysiologische en stressreacties te begrijpen.