$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Microscopie is al lange tijd een hoeksteen voor het bestuderen van chromatineorganisatie en nucleaire architectuur, en heeft aangetoond hoe DNA en histon-geassocieerde eiwitten zich in de 3D-kernruimte schikken en genregulatie beïnvloeden 1,2. Conventionele fluorescentiemicroscopie heeft waardevolle inzichten opgeleverd in grootschalige chromatinedomeinen zoals chromosoomterritoria, chromocentra en kernlichamen 3,4, die in situ haalbaar zijn, met name in wortelweefsels voor planten 3,5,6. Deze technieken worden echter fundamenteel beperkt door de diffractiebarrière van licht, die de ruimtelijke resolutie beperkt tot ongeveer 200 nm lateraal en 500 nm axial7. Deze beperking verbergt nanoschaaldetails van chromatinevouwing, histonmodificatiepatronen en transcriptionele compartimentalisatie die ten grondslag liggen aan epigenetische regulatie. Om deze barrière te overwinnen, werden superresolutie-microscopie (SRM)-benaderingen ontwikkeld zoals structured illumination microscopy (SIM)8, stimulated emission depletion (STED)9,10 en single-molecule localization microscopy (SMLM)11,12 om resoluties te bereiken variërend van 100 nm tot enkele nm13.
Onder SRM-technieken biedt SMLM—waaronder PhotoActivated Localization Microscopy (PALM)13 en direct Stochastic Optical Reconstruction Microscopy (dSTORM)—uitzonderlijke ruimtelijke resolutie gecombineerd met moleculaire specificiteit14. Door de posities van individuele fluoroforen in de loop van de tijd te detecteren, reconstrueert SMLM hoogprecisie nanoschaalbeelden van chromatinedomeinen, histonmarkeringen en kernstructuren in individuele cellen15,16. Deze capaciteit heeft het chromatineonderzoek in zoogdiersystemen getransformeerd, waarbij SMLM is toegepast om nucleosoomclustering, chromatineverdichting en histonmodificatiepatronen met ongekende details te visualiseren 15,16,17. Daarentegen blijft de toepassing van SMLM op plantenkernen beperkt, grotendeels door technische uitdagingen die samenhangen met plantweefseleigenschappen — zoals hoge autofluorescentie, celwandstijfheid en de aanwezigheid van lichtverstrooiende verbindingen zoals zetmeel en chlorofyl18. Bovendien vereist de kwetsbare aard van kernen tijdens isolatie en labeling geoptimaliseerde workflows om structurele integriteit te behouden en achtergrondfluorescentie tijdens langdurige beeldvormingssessies te minimaliseren.
Het hier beschreven protocol is oorspronkelijk ontwikkeld door Elizabeth Kracik-Dyer en Célia Baroux voor gestimuleerde emissiedepletie (STED) microscopie19. Vervolgens werd het geoptimaliseerd en aangepast om te voldoen aan de specifieke eisen van STORM-beeldvorming, met de integratie van kennis afkomstig uit gepubliceerde microbiologische toepassingen 20,21,22. Het algemene doel is het bieden van een gestroomlijnde en reproduceerbare workflow voor SMLM-beeldvorming van geïsoleerde Arabidopsis thaliana-kernen. Door geoptimaliseerde fixatie, milde mechanische verstoring en fluoroforlabeling in suspensie te integreren, behoudt deze methode de kernmorfologie terwijl cytoplasmatische verontreinigingen efficiënt worden verwijderd die vaak de beeldkwaliteit aantasten. Het immobiliseren van gelabelde kernen op laagsmeltende agarosepads zorgt voor mechanische stabiliteit tijdens de verwerving, waardoor langdurige beeldvorming van één molecuul op nanoschaalprecisie mogelijk is. In vergelijking met eerder beschreven SRM-protocollen voor plantenkernen—met name die gebaseerd op STED-microscopie19,23—gebruikt deze workflow fotoschakelbare fluoroforen (bijv. AF647, JF549), en vermindert achtergrondfluorescentie dankzij wasstappen die chlorofyl en weefselresten afvoeren, en verbetert de labelingshomogeniteit door de labelingsmoleculen direct toe te voegen aan de vaste en permeabiliseerde kernen. Daardoor maakt het consistente visualisatie van chromatinemodificaties, nucleaire compartimenten en epigenetische patronen in individuele kernen mogelijk. Door de technische barrières voor het implementeren van SMLM in planten te verlagen, verbreedt deze methode de toegankelijkheid van nanoschaalbeeldvorming en biedt het een basis voor het bestuderen van hoe chromatineorganisatie en nucleaire architectuur bijdragen aan genregulatie als reactie op ontwikkelings- en omgevingssignalen.