De-etiolatie vertegenwoordigt de meest dramatische fase in de levenscyclus van planten, gekenmerkt door een aantal morfologische veranderingen en een volledige herschikking van het plantenmetabolisme (van hetero- naar autotropisch)1. Biosynthese van chlorofyl is een kenmerk van door licht geïnduceerde de-etiolatie in planten en een zeer dynamisch proces. De vorming van chlorofyl uit in het donker geproduceerde precursor protochlorophyllide moet nauw worden gecoördineerd om schade door reactieve bijproducten te voorkomen. De protochlorofyllidreductie tot chlorofyllide wordt gekatalyseerd door lichtafhankelijke protochlorofyllidoxidoreductasen (POR's), unieke enzymen die direct door licht worden geactiveerd. De reactie is zeer snel en vindt plaats in de orde van ms tot s3, wat leidt tot herkenbare chlorofylaccumulatie binnen enkele minuten na doorstraling van geëtioleerde zaailingen 4,5,6. Er is meer tijd (van uren tot dagen) nodig voor de biogenese van chloroplasten om een volledig functioneel fotosynthetisch apparaat tot stand te brengen3.
Er bestaan verschillende methoden om het chlorofylgehalte te analyseren, waaronder high-performance vloeistofchromatografie (HPLC) of spectrofotometrie. Gewoonlijk vereisen deze technieken de vernietiging van plantenweefsel 4,5,6, waardoor de bepaling van veranderingen in chlorofylniveaus in de loop van de tijd wordt beperkt. Methoden die niet-invasieve chlorofylkinetiek mogelijk maken, kunnen een geheel nieuw perspectief openen om planten te bestuderen in diverse aspecten, variërend van fundamentele onderzoeksvragen, zoals het analyseren van het proces van chlorofylsynthese in tijd en ruimte, tot meer praktische toepassingen, zoals beoordeling van stresstolerantie of effect van biostimulanten op de chlorofylkinetiek. Daarom hebben we een systeem geïntroduceerd voor het monitoren van chlorofylvorming, iReenCAM7. Het bevat een CCD-camera, emissiefilters, lichtbronnen en een pijplijn voor geautomatiseerde fluorescentieanalyse (Figuur 1). Het belangrijkste kenmerk van het ontwikkelde apparaat is een hoge ruimtelijke en temporele resolutie, die beter presteert dan de parameters die in de huidige benaderingen worden gebruikt, en voldoende gevoeligheid en specificiteit in vergelijking met standaard analytische methoden7.
De niet-invasieve procedure die hier wordt beschreven, vereist een minimum aan reagentia en bestaat uit eenvoudige stappen, waardoor een chlorofylkinetisch profiel kan worden verkregen in levende Arabidopsis-zaailingen tijdens zeer vroege stadia van de-etiolatie. Het protocol kan nuttig zijn voor de studie van een zeer dynamisch proces van chlorofylsynthese dat wordt beïnvloed door een aantal factoren, zowel exogeen (zout, droogte, biostimulanten, zware metalen, enz.) als endogeen (meestal geassocieerd met veranderingen in de genactiviteit) van oorsprong zonder dat plantenweefsel hoeft te worden losgemaakt, waardoor extra stress wordt vermeden.