Ten protokół przedstawia metodę obserwacji embriogenezy u Arabidopsis poprzez usuwanie zalążków, a następnie kontrolę tworzenia się wzorów zarodków pod mikroskopem.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół przedstawia metodę obserwacji embriogenezy u Arabidopsis poprzez usuwanie zalążków, a następnie kontrolę tworzenia się wzorów zarodków pod mikroskopem.
Biorąc pod uwagę wysoce przewidywalną naturę ich rozwoju, zarodki Arabidopsis były używane jako model do badań morfogenezy roślin. Jednak zarodki roślin we wczesnym stadium rozwoju są małe i zawierają niewiele komórek, co utrudnia ich obserwację i analizę. Opisano tutaj metodę charakteryzowania tworzenia się wzorców w zarodkach roślinnych pod mikroskopem przy użyciu organizmu modelowego Arabidopsis. Po usunięciu świeżych zalążków za pomocą roztworu Hoyera można było zaobserwować liczbę komórek i morfologię zarodków, a ich stadium rozwojowe można było określić za pomocą mikroskopii kontrastowej interferencyjnej różnicowej przy użyciu soczewki immersyjnej ze 100-krotnym olejkiem. Ponadto monitorowano ekspresję specyficznych białek markerowych oznaczonych białkiem zielonej fluorescencji (GFP) w celu adnotacji specyfikacji tożsamości komórki podczas modelowania zarodków za pomocą konfokalnej laserowej mikroskopii skaningowej. W związku z tym metoda ta może być stosowana do obserwacji tworzenia się wzorców w zarodkach roślin typu dzikiego na poziomie komórkowym i molekularnym oraz do scharakteryzowania roli określonych genów w tworzeniu się zarodków poprzez porównanie tworzenia wzorców w zarodkach z roślin typu dzikiego i mutantów letalnych dla zarodków. Dlatego metoda może być stosowana do charakterystyki embriogenezy u Arabidopsis.
Embriogeneza jest najwcześniejszym wydarzeniem w rozwoju roślin wyższych. Dojrzały zarodek powstaje z zygoty poprzez podział i różnicowanie komórek pod ścisłą kontrolą genetyczną1,2. Zarodki rzodkiewnika są użytecznym modelem do badania kontroli morfogenezy, ponieważ sekwencja podziałów komórkowych podczas embriogenezy jest zgodna z oczekiwanym wzorcem3,4. Jednak zarodek Arabidopsis zawierający od jednej do kilku komórek jest zbyt mały, aby można go było zaobserwować i przeanalizować. Ponadto mutacja niektórych genów może powodować śmiertelność zarodka5, co wskazuje na kluczową rolę tych genów w embriogenezie. Charakterystyka tworzenia się wzorców u mutantów letalnych dla zarodków stanowi podstawę do zrozumienia mechanizmu molekularnego, za pomocą którego niezbędne geny regulują rozwój zarodka.
Szczegółowa metoda jest tutaj opisana do charakterystyki tworzenia się wzoru zarodka u modelowej rośliny Arabidopsis poprzez bezpośrednią obserwację mikroskopową. Metoda polega na usunięciu zalążka, a następnie obserwacji mikroskopowej zarodka. Opisano również charakterystykę mutanta śmiertelnego dla zarodka.
Morfologia zarodków na różnych etapach rozwoju może być bezpośrednio określona za pomocą mikroskopii przy użyciu zalążków, które zostały oczyszczone roztworem Hoyera6,7. Takie zalążki wykazują wysoki współczynnik załamania światła; w związku z tym ta metoda oczyszczania zalążków jest szczególnie korzystna w przypadku próbek, które muszą być obserwowane za pomocą mikroskopii kontrastu różnicowego interferencyjnego (DIC).
Ponadto, geny, które ulegają ekspresji w określonej komórce lub ograniczonej liczbie komórek podczas embriogenezy, mogą być używane jako markery do identyfikacji komórek w embrionie. W związku z tym specyfikację tożsamości komórki podczas embriogenezy można oznaczyć poprzez monitorowanie ekspresji białek markerowych znakowanych GFP za pomocą konfokalnej laserowej mikroskopii skaningowej. I odwrotnie, obserwacja wzorca ekspresji nieznanej funkcjonalnej fuzji genu z GFP podczas embriogenezy może zapewnić związek między wzorcem zarodka a ekspresją tego genu i ułatwić identyfikację nowych genów, które są wymagane do embriogenezy u Arabidopsis.
Opisana tutaj metoda może być również użyta do scharakteryzowania fenotypu zarodkowo-letalnego mutanta oraz do określenia wpływu uszkodzonego genu na embriogenezę na poziomie komórkowym. Ponadto, w połączeniu z porównaniem wzorca ekspresji genów markerowych podczas embriogenezy między roślinami typu dzikiego i zmutowanym, metoda może dostarczyć wskazówek na temat mechanizmów molekularnych i szlaków sygnałowych zaangażowanych w embriogenezę8,9. Rzeczywiście, metoda została zastosowana do roślin naa10 i stwierdzono, że nieprawidłowy podział przysadki mózgowej u mutanta może być spowodowany zmianą dystrybucji auksyny podczas embriogenezy5.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
UWAGA: Ten protokół składa się z trzech części: 1) obserwowanie formowania się wzorca w zarodkach Arabidopsis typu dzikiego za pomocą mikroskopii DIC; 2) scharakteryzowanie powstawania wzorca zarodka poprzez obserwację ekspresji białka markerowego za pomocą konfokalnej laserowej mikroskopii skaningowej; oraz 3) określenie roli konkretnego genu w embriogenezie (na przykładzie mutanta NAA10).
1. Oczyszczanie zalążka
2. Charakterystyka wzorca zarodka i tożsamości komórki poprzez obserwację ekspresji białka markerowego
3. Charakterystyka tworzenia się wzorca zarodka u zarodkowo-letalnego mutanta poprzez klirens zalążka i obserwację białka markerowego: Naa10 jako przykład
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Metoda opisana w tym artykule może być wykorzystana do obserwacji embriogenezy bezpośrednio pod mikroskopem, do opisywania specyfikacji tożsamości komórki podczas embriogenezy za pomocą specyficznych markerów oraz do charakteryzowania roli konkretnego genu podczas embriogenezy.
Reprezentatywne wyniki analizy wzorców zarodków (od stadium wydłużonej zygoty do stadium dojrzałej laski) u Arabidopsis typu dzikiego są pokazan...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Klirens zalążka jest przydatną metodą wykrywania podziału komórek i oceny morfologii podczas embriogenezy u Arabidopsis; przy użyciu tej techniki zarodki można obserwować bezpośrednio pod mikroskopią DIC 5,12. Krytycznym etapem usuwania zalążka jest krok 1.3.4. Czas potrzebny do usunięcia zalążka w kroku 1.3.4 jest zmienny. Zarodki w stadium 2/4-komórkowym można wyraźnie zaobserwować po 2 godzinach w roztworze Hoyera, natomiast po 12 godzinach wyglądają ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Dziękujemy dr Jessice Habashi za krytyczne przeczytanie manuskryptu. Dziękujemy dr Xianyong Shengowi z Centrum Obrazowania, Kolegium Nauk Przyrodniczych, Capital Normal University (Pekin, Chiny), za przeprowadzenie lokalizacji testu DR5-GFP. Prace te były wspierane przez granty z Fundacji Naukowej Samorządu Miejskiego Pekinu (CIT&TCD20150102) oraz z Narodowej Fundacji Nauk Przyrodniczych Chin (31600248).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Hydrat chloralu | Sigma | 15307 | |
| Murashige and Skoog Basal Medium Sigma | M5519 | ||
| Phytagel | Sigma | P8169 | |
| Hygromycyna | Roche | 10843555001 | |
| Komora wzrostowa | Percival | CU36L5 | |
| Mikroskop fluorescencyjny | Zeiss Oberkochen | Zeiss Image M2 | aparat: AxioCam 506 kolorowa |
| konfokalna laserowa mikroskopia skaningowa | Zeiss Oberkochen | Zeiss LSM 5 | filtry: BP 495 - 555 nm |
| stereoskop | Aparat Zeiss Oberkochen | Axio Zoom V16 | : AxioCam MRc5 |
| bogata w składniki odżywcze | gleba KLASMANN, Niemcy | ||
| Rurka 50 ml | Corning Inc. | ||
| Probówka 1,5 ml | Corning Inc. | ||
| 10% roztwór | Krajowy odczynnik analityczny | ||
| sacharoza | Krajowy odczynnik analityczny | ||
| KOH | Krajowy odczynnik analityczny | ||
| glicerol | |||
| naczynie | Krajowe dostawy | ||
| wermikulitu | Artykuły gospodarstwa | ||
| igła strzykawki | Artykuły domowe | ||
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie