Method Article

Oszczędzający pracę i powtarzalny protokół ekranowy sygnalizacji siły dotyku do badania tigmomorfogenezy modelowej rośliny Arabidopsis thaliana

DOI:

10.3791/59392

⸱

August 6th, 2019

 ,  ,  ,  , 
1Division of Life Science, Energy Institute, Institute for the Environment, The Hong Kong University of Science and Technology, 2Shenzhen Research Institute, The Hong Kong University of Science and Technology

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Delikatna maszyna do ładowania dotykiem zbudowana jest ze szczotek do włosów ludzkich, ramion robota i kontrolera. Szczotki do włosów są napędzane przez ramiona robotyczne zainstalowane na maszynie i poruszają się okresowo, aby wywierać siłę nacisku na rośliny. Siła dotyku włosów sterowanych maszynowo jest porównywalna z siłą dotyku nakładanego ręcznie.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Rośliny reagują zarówno na wewnątrzkomórkowe, jak i zewnątrzkomórkowe mechaniczne stymulacje (lub sygnały siły) i rozwijają specjalne zmiany morfologiczne, zwane thigmomorfogenezą. W ostatnich dziesięcioleciach zidentyfikowano i zgłoszono kilka składników sygnalizacyjnych biorących udział w mechanotransdukcji (np. białka wiążące jony wapnia i enzymy biosyntezy kwasu jasmonowego). Jednak stosunkowo powolne tempo badań nad sygnalizacją siły lub tigmomorfogenezą jest w dużej mierze przypisywane dwóm przyczynom: wymogowi pracochłonnej indukcji tigmomorfogenezy dotyku za pomocą ludzkiej ręki oraz błędom siły związanej z dotykiem dłoni u ludzi. Aby zwiększyć efektywność obciążania organizmu roślinnego siłą zewnętrzną, zbudowano automatyczną maszynę do ładowania dotykiem. Ta sterowana ramieniem robota szczotka do włosów zapewnia oszczędzającą pracę i łatwo powtarzalną symulację siły dotyku, nieograniczoną liczbę powtórzeń dotyku i regulowaną siłę dotyku. Ta maszyna do ładowania dotykiem włosów może być używana zarówno do badań przesiewowych na dużą skalę mutantów sygnalizujących siłę dotyku, jak i do fenomicznego badania tigmomorfogenezy roślin. Ponadto materiały dotykowe, takie jak ludzkie włosy, można zastąpić innymi naturalnymi materiałami, takimi jak sierść zwierzęca, nici jedwabne i włókna bawełniane. Zautomatyzowane ruchome ramiona maszyny mogą być wyposażone w dysze zraszające wodą i dmuchawy powietrza, które naśladują naturalne siły odpowiednio kropel deszczu i wiatru. Korzystając z tej automatycznej maszyny do ładowania włosów metodą dotyku w połączeniu z ręcznie wykonywanym dotykaniem wacika, zbadaliśmy reakcję na dotyk dwóch mutantów sygnalizujących siłę, roślin MAP KINASE KINASE 1 (MKK1) i MKK2. Statystycznie oceniano fenomy roślin dzikich typu obciążonych dotykiem i dwóch mutantów. Wykazały one znaczące różnice w reagowaniu na dotyk.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Roślinna thigmomorfogeneza to termin ukuty przez Jaffe, MJ w 1973 roku1. Jest to tropizm roślinny, ale różni się od dobrze znanego fototropizmu lub grawitropizmu spowodowanego bodźcami światła słonecznego lub grawitacji2,3. Opisuje zmiany fenotypowe związane z okresowymi stymulacjami mechanicznymi, które były często obserwowane przez botaników we wcześniejszych czasach4,5. Krople deszczu, wiatr, dotyk roślinny, zwierzęcy i ludzki, a nawet ugryzienia zwierząt, są uważane za różne rodzaje bodźców mechano-bodźców, które wyzwalają sygnalizację siły w roślinach4,5. Cechy charakterystyczne tigmomorfogenezy roślin obejmują opóźnienie skręcania, krótszą łodygę, mniejszy rozmiar rozety/liścia u roślin zielnych i grubszą łodygę u roślin drzewiastych6,7,8. Jest to przeciwieństwo reakcji thigmonastycznej lub tigmotropowej często spotykanej w roślinie Mimosa lub innych genetycznie wrażliwych winoroślach, gdzie te szybkie reakcje dotykowe są łatwiejsze do zaobserwowania1,9,10. Z drugiej strony tigmomorfogeneza jest stosunkowo trudna do zaobserwowania ze względu na powolną reakcję wzrostu. Tigmomorfogenezę obserwuje się zwykle po tygodniach, a nawet latach ciągłej stymulacji siłowej. Ta unikalna natura reakcji roślin na dotyk sprawia, że trudno jest przeprowadzić badanie genetyczne przy użyciu stymulacji dotykowej ludzkiej ręki w celu wyizolowania mutantów odpornych na sygnalizację siły dotyku w solidny sposób.

Aby wyjaśnić szlaki transdukcji sygnału siły i mechanizmy molekularne leżące u podstaw thigmomorfogenezy6,11, w przeszłości przeprowadzono eksperymenty biologiczne molekularne i komórkowe6,12,13,14. Badania te sugerują, że receptory sygnału siły roślinnej składają się głównie z mechanowrażliwych kanałów jonowych (MSC) i uwiązanych kompleksów MSC złożonych z multimerycznych kompleksów białek obejmujących błonę11,14,15. Cytoplazmatyczny przejściowy kolec Ca2+ generowany w ciągu kilku sekund od pierwszego dotknięcia. Stymulacja wiatrem, deszczem lub grawitacją może wchodzić w interakcje z czujnikami wapnia w celu przekształcenia sygnałów siły na zdarzenia jądrowe14,16,17,18. Oprócz badań molekularnych i komórkowych, badanie genetyczne z ręcznym dotykaniem roślin palcami wykazało, że fitohormony i metabolity wtórne są zaangażowane w konsekwentną ekspresję genu indukowanego dotykiem (TCH) po obciążeniu dotykiem13,19. Na przykład, mutanty aos i opr320 zostały zidentyfikowane do tej pory z badań genetycznych. Jednak głównym problemem związanym z zastosowaniem genetyki postępowej w badaniach nad thigmomorfogenezą jest nadal intensywna praca wymagana do ilościowego określenia poziomu reakcji na dotyk i dotknięcia dużej populacji genetycznie zmutowanych pojedynczych roślin. Czasochłonny problem występuje również na ekranie mutantów opartym na dotyku dłoni14,20. Na przykład, aby ukończyć jedną rundę stymulacji siłą dotyku, osoba musi dotknąć 30-60 razy (jeden dotyk na sekundę) pojedynczej rośliny. Aby mieć wystarczającą liczbę roślin do statystycznej analizy fenotypu, zwykle potrzeba 20-50 pojedynczych roślin o tym samym genotypie do procesu obciążenia dotykiem. Ten reżim obciążenia dotykiem oznacza, że osoba musi powtarzalnie wykonać 600-3000 dotknięć jednego wybranego genotypu. Ten rodzaj dotyku zwykle należy powtarzać od 3 do 5 rund dziennie, co odpowiada około 1,800-15,000 dotknięć palcami lub wacikiem dziennie na genotyp roślin. Dobrze wyszkolona osoba jest zwykle zobowiązana do utrzymania siły i siły wielu dotknięć w pożądanym zakresie przez wiele rund powtórzeń w ciągu dnia, aby uniknąć dużej zmienności siły i siły. Jak powszechnie wiadomo, thigmomorfogeneza jest procesem nasyconym i zależnym od dawki6,21, siła/siła dotyku staje się kluczowa dla sukcesu w wywołaniu reakcji na dotyk rośliny.

Aby usunąć zależne od człowieka obciążenie dotykiem i utrzymać mechaniczne zastosowanie w akceptowalnym zakresie błędów14, dlatego zaprojektowaliśmy automatyczną maszynę do ładowania siły dotyku, która zastąpi ręcznie manipulowane dotknięcia. Maszyna posiada zbudowane 4 ruchome ramiona, z których każde wyposażone jest w jedną szczotkę do włosów ludzkich. Ta wersja została nazwana Modelem K1, aby określić jej cechę obciążenia siłą dotyku ludzkich włosów. Jeśli 4 genotypy są mierzone ilościowo pod kątem ich tigmomorfogenezy lub reakcji na dotyk pod jedną maszyną, można zmierzyć 40-48 osobników na genotyp. Każda runda powtarzania dotyku (mniej niż 60 razy na roślinę) trwa mniej niż 5 minut przy użyciu ramienia robota z regulacją prędkości ruchu. W ten sposób rośliny na maszynie dotykowej Model K1 mogą być stymulowane mechanicznie przez wiele rund dziennie, albo przy stałym obciążeniu siłą dotyku, albo przy różnych poziomach siły, jak początkowo zaprogramowano.

Arabidopsis thaliana, modelowy organizm roślinny, został zatem wybrany jako docelowy gatunek rośliny do testowania w pełni automatycznego zastosowania maszyny do ładowania włosów metodą dotykową. Ze względu na to, że dostępnych jest kilka dużych banków nasion do pobierania różnych plazm zarodkowych mutantów i wielkości kwitnienia, Arabidopsis dobrze wpasowuje się w przestrzeń dostępną na półce wzrostowej zamontowanej za pomocą maszyny dotykowej Model K1.

Automatyczna maszyna dotykowa Model K1 składa się z trzech głównych elementów: (1) metalowego stojaka w kształcie litery H składającego się z dwóch napędzanych paskiem siłowników liniowych, (2) metalowych ramion robotycznych wyposażonych w szczotki do włosów, oraz (3) kontrolera. W przypadku niestandardowej maszyny dotykowej Model K1 każdy moduł osi X / Y składa się z jednej szyny prowadzącej napędzanej pasem, dwóch bloków ślizgowych (czerwonych) i jednego silnika krokowego 57 (wstępnie zainstalowanego i demontowalnego) (Rysunek 1A,B). Górny siłownik poziomy umożliwia metalowemu ramieniu robota poruszanie się w lewo i w prawo w poziomie, dolny pionowy siłownik liniowy napędzany pasem umożliwia ruchowi metalowego ramienia robota w górę iw dół w pionie (Rysunek 1B, Rysunek 2A). Na siłowniku pionowym zainstalowano cztery demontowalne ramiona robotyczne (Rysunek 1C, Rysunek 2B). Cztery szczotki z ludzkich włosów były przywiązane odpowiednio do czterech ramion robota (Rysunek 1C, Rysunek 2B). Wszystkie części mechaniczne potrzebne do budowy maszyny dotykowej Model K1 pogrubioną czcionką poniżej są oznaczone w Rysunek 1C (patrz również Tabela Materiałów).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Przygotowanie nasion

UWAGA: Nasiona Arabidopsis zarówno typu dzikiego (Col-0), jak i mutantów utraty funkcji mkk1 i mkk2 zostały zakupione w Centrum Zasobów Biologicznych Arabidopsis (ABRC, https://www.arabidopsis.org, Columbus, OH).

  1. Oblicz, ile osobników roślin z każdego genotypu zostanie wykorzystanych do wiarygodnej analizy statystycznej. Przygotuj wystarczającą liczbę nasion w oparciu o szybkość kiełkowania każdej linii, zwykle 4-5 razy więcej niż jest to potrzebne do eksperymentu. Upewnij się, że wystarczająca liczba zdrowych roślin o jednolitej wielkości może być użyta do testu reakcji na dotyk. Zgodnie z tym protokołem, 300-500 nasion na genotyp jest zwykle używanych do wyprodukowania 80-90 roślin o podobnej wielkości.
  2. Zanurz nasiona w zimnej wodzie i przechowuj je w temperaturze 4 °C (przykryte folią aluminiową, aby przechowywać w ciemności) do wchłonięcia nasion. Wysiewaj nasiona 5-7 dni po spożyciu.

2. Wzrost roślin

  1. Wybierz odpowiednią glebę do wzrostu roślin (patrz tabela materiałów). Unikaj dużych grudek i mieszaj je jednorodnie.
  2. Przygotuj 24 plastikowe kubki: pojemność wynosi 207 ml, a średnica górnej krawędzi wynosi 7,4 cm. Wywierć trzy okrągłe otwory na dnie kubka w celu nawadniania.
  3. Napełnij te plastikowe kubki zmieszaną ziemią. Pozwól, aby gleba ułożyła się do 1-2 cm wyżej niż krawędź kubka i miękko spłaszcz powierzchnię usypanej gleby.
  4. Przenieś 24 filiżanki do plastikowej tacki (21 cali x 10.8 cala x 2.5 cala) i umieść tacę w stałych warunkach oświetleniowych (patrz poniżej).
  5. Dodaj 2,5 l wody do każdej tacki na dwie godziny przed siewem nasion. Pozwól glebie wchłonąć wodę z otworów znajdujących się na dnie kubków i poczekaj, aż powierzchnia gleby opadnie do poziomu krawędzi kubka.
  6. Wysiej 3-4 nasiona w jednym miejscu i 4 równomiernie rozmieszczone miejsca w filiżance.
  7. Umieść przezroczystą plastikową pokrywę nad każdą tacą i pozwól nasionom wykiełkować przez tydzień. Następnie zdejmij pokrywę i pozwól sadzonkom rosnąć przez kolejny tydzień.
  8. Usuń dodatkowe rośliny przez przerzedzenie i trzymaj 4 osobniki o podobnej wielkości w każdej filiżance 9-10 dni po wysianiu nasion.
  9. Nawadniaj rośliny 1,5 l wody co drugi dzień po wykiełkowaniu nasion.

3. Warunek wzrostu

  1. Ustaw temperaturę komory wzrostowej na 23.5 ± 1.5 °C, a wilgotność między 35 a 45%.
  2. Ustaw natężenie światła między 180 a 240 μE∙m-2∙s-1 (mierzone za pomocą radiometru badawczego IL 1700, International Light)14. Aktywne promieniowanie fotosyntetyczne wynosi od 90 do 120 μE∙m-2∙s-1.
  3. Ustaw warunki oświetlenia na stałe 24 godziny.

4. Budowa maszyny do ładowania dotykowego

UWAGA: Ta robotyczna maszyna do ładowania włosów (Model K1) została zaprojektowana do celów zarówno sygnalizacji siły dotyku, przesiewania mutantów, jak i generowania tigmomorfogenezy roślin (Rysunek 1, Rysunek 2).

  1. Moduły preinstalacyjne (demontowalne, Rysunek 1C)
    1. Zamontuj dwa bloki ślizgowe (I) i jeden silnik krokowy 57 (II) na module szyny prowadzącej osi X/Y (III/V).
    2. Zamontuj dwa bloki ślizgowe (I) na dźwigarze pomocniczym osi X/Y (IV/VI).
  2. Montaż innych części mechanicznych (Rysunek 1C)
    1. Zamocuj razem moduł szyny prowadzącej osi X (III) i dźwigar pomocniczy (IV) osi X, montując dwie płyty łączące (VII) na każdym końcu szyny prowadzącej.
    2. Zamocuj moduł szyny prowadzącej osi Y (V) na grzbiecie dwóch bloków ślizgowych (oś X) w pozycji krzyżowej, montując pomiędzy nimi dwie płyty łączące (VIII).
    3. Zamocować dźwigar pomocniczy osi Y (VI) na grzbiecie pozostałych dwóch bloków ślizgowych (oś X) w pozycji skrzyżowania, montując pomiędzy nimi dwie płyty łączące (VIII).
    4. Zamontuj uchwyt ramion robota (IX) z przodu dwóch bloków ślizgowych (oś Y) w pozycji krzyżującej się z płytą połączeniową (Rysunek 2A).
    5. Zamontuj 4 szczotki do włosów (X) na ramionach robota (IX) za pomocą zacisków (Rysunek 2B).

5. Ustawienie maszyny do ładowania Touch-Force

UWAGA: Wszystkie parametry sterujące ustawianiem maszyny dotykowej Model K1 pogrubioną czcionką poniżej są pokazane w panelu sterowania (Rysunek 2F).

  1. Zainstaluj dotykowe szczotki do włosów na ramionach robota. Użyj stalowej linijki o długości 330 mm jako uchwytu, aby równomiernie przymocować jedną warstwę ludzkich włosów (3,600-4,600 włosów / szczotkę). Długość włosa wynosi 126 mm (Rysunek 1C).
  2. Przymocuj te stalowe linijki do ramion robota za pomocą dwóch metalowych zacisków.
  3. Najpierw ustaw wysokość ramion maszyny wzdłuż wymiaru pionowego (oś Y). Naciśnij Jog F+, aby podnieść i Jog R-, aby opuścić ramiona i szczotki robota. Niech końcówka szczotki do włosów znajduje się 0,5 cm niżej niż krawędź miseczki. Naciśnij zestaw ZERO. Uruchom maszynę przez 1-2 cykle, aby upewnić się, że dotykane są wszystkie osobniki roślin. Dostosuj i skalibruj szczotki i końcówki włosów do tej samej wysokości każdego dnia przez cały okres dotykania.
  4. Użyj wagi elektronicznej, aby zmierzyć siłę dotyku (obciążenie pionowe) i utrzymuj poziom siły dotyku na poziomie 1-2 mN14.
  5. Ręcznie ustaw pozycję początkową ramion maszyny wzdłuż wymiaru poziomego (oś X). Pozwól szczotkom do włosów zwisać na krawędzi każdej tacy i upewnij się, że żadna roślina nie jest dotykana przed rozpoczęciem eksperymentu z dotykaniem. Naciśnij Jog F+/Jog R-, aby stopniowo przesuwać ramię maszyny w poziomie, aby ustawić pozycję wyjściową.
  6. Ustaw odległość przesuwu szczotki do włosów w wymiarze poziomym (oś X) na 365 mm, naciskając przycisk Travel. Naciśnij Inc. F+/Inc. R-, aby przesunąć ramiona maszyny, aby uzyskać pełną odległość przesuwu i upewnić się, że wszystkie traktowane rośliny są dotykane podczas całego eksperymentu dotykania.
  7. Ustaw prędkość ruchu wzdłuż osi X ramion maszyny na 5 000 mm/min, naciskając przycisk Auto Speed. Utrzymuj tę samą prędkość ruchu przez cały eksperyment z dotykaniem.
  8. Ustaw czas dotyku na 20 prób, naciskając przycisk Minor Cycle. Utrzymuj taką samą liczbę dotknięć na rundę podczas całego eksperymentu z dotykaniem.
    UWAGA: Jeden mały cykl równa się dwóm odległościom jazdy, co oznacza, że ramiona maszyny przesuną się z pozycji początkowej do pozycji końcowej, a następnie z powrotem do pozycji wyjściowej. Jeden mały cykl generuje dwa dotknięcia. Szczotki do włosów dotykają roślin 40 razy w ciągu 20 prób (2 dotknięcia x 20 prób = 40 dotknięć). 40-dotyk definiuje się jako jedną rundę obciążenia siłą dotyku.
  9. Ustaw interwał powtarzania rundy dotykowej na 480 minut dziennie, naciskając przycisk Major Period. Utrzymuj tę samą częstotliwość rund dotyku podczas całego eksperymentu z dotykaniem.
    UWAGA: Dzięki temu szczotki do włosów mogą dotykać roślin przez 3 rundy dziennie, a czas przerwy między każdą rundą wynosi 480 min (8 godzin). Wyświetlana niebieska liczba oznacza czas interwału każdej rundy dotknięcia. Maszyna automatycznie rozpocznie nową rundę dotyku, gdy odliczanie poniżej (czerwona liczba) zmieni się na 0000.
  10. Ustaw cykl główny na 12 prób, co oznacza, że maszyna automatycznie dotknie roślin przez 12 rund w ciągu 4 dni. To ustawienie 12 prób jest używane, aby uniknąć błędu ludzkiego w pomijaniu dnia dotykania.
  11. Naciśnij przycisk start, aby zainicjować zaprogramowany program. Maszyna dotykowa Model K1 automatycznie wykona obciążenie siłą dotyku zgodnie z ustawieniami.

6. Gromadzenie i analiza danych fizjologicznych

  1. Dni do przykręcenia: Zapisz dzień kotwienia każdej rośliny indywidualnie w ramach wzruszającego eksperymentu. Bolting to symbol, że roślina zmienia fazę wzrostu z fazy wegetatywnej na fazę rozrodczą. U rzodkiewnika dzień zakręcenia definiuje się jako liczbę dni zużytych przez roślinę, aby jej pierwsza łodyga kwiatostanu osiągnęła 1 cm długości.
    UWAGA: W warunkach wzrostu opisanych powyżej, zwijanie roślin dziko rosnących zwykle rozpoczyna się od 19 do 23 dni po wysiewie nasion i kończy się po 28-32 dniach.
  2. Promień rozety: Zmierz odległość od środka rozety do czubka najdłuższego liścia.
    1. Zrób zdjęcia całej tacy od góry. Zrób zdjęcia osobno grupie kontrolnej i grupie poddanej działaniu dotyku.
    2. Pobierz odpowiednie oprogramowanie. Skorzystaj na przykład z bezpłatnego pobranego oprogramowania ImageJ (https://imagej.nih.gov/ij/download.html).
    3. Otwórz plik ze zdjęciem, użyj funkcji powiększania, aby powiększyć zdjęcie do odpowiedniego rozmiaru.
    4. Wybierz narzędzie Proste, aby narysować linię prostą między środkiem rozety a końcem najdłuższego liścia w celu zmierzenia promienia rozety.
    5. Wybierz jedną roślinę i naciśnij lewy przycisk, aby narysować linię prostą od środka rozety do najdłuższej końcówki liścia.
    6. Wybierz funkcję Analyze-Measure lub naciśnij Ctrl + M, aby przeanalizować odległość linii.
    7. Wybierz jedną filiżankę i powtórz poprzednie dwa kroki, aby jednocześnie przeanalizować średnicę każdego plastikowego kubka. Użyj tych danych do wykonania obliczeń, aby wyeliminować odchylenia wynikające z robienia zdjęć.
      UWAGA: Równanie jest następujące:
      Ra/Da = Rm/Dm
      (Ra, rzeczywisty promień rozety rośliny; Da, rzeczywista średnica plastikowego kubka; Rm, zmierzony promień rozety tego samego zakładu określony przez oprogramowanie; Dm, zmierzona średnica plastikowego kubka, który jest używany do uprawy tej samej rośliny)
  3. Obszar rozety: Zmierz poziomą 2-wymiarową powierzchnię liści rozety.
    1. Usuń kwiatostan bez wpływu na resztę narządów rozety.
    2. Rób zdjęcia ze szczytu każdej rośliny wraz z linijką wagi umieszczoną w pobliżu.
    3. Użyj jednej darmowej wtyczki ImageJ, Rosette Tracker i postępuj zgodnie z opublikowanym wcześniej protokołem22.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Automatyczna maszyna do ładowania dotykiem włosów
W obserwacji zmian morfologicznych na roślinach kluczowe dla uzyskania powtarzalnych wyników są zarówno powtarzalne warunki wzrostu, jak i metody zabiegu. To wysokowydajne i automatyczne przesiewanie mutantów sygnalizujących siłę dotyku zostało osiągnięte dzięki nowo zbudowanej maszynie do ładowania dotykiem włosów, Model K1 (Rysunek 1, Rysunek 2). Te szczotki do włosów mogą dotykać jednocześnie maksymalnie 4 t...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tigmomorfogeneza to złożona reakcja wzrostu roślin na zaburzenia mechaniczne, która obejmuje sieć sygnalizacji komórkowej i działanie fitohormonów. Jest to konsekwencja ewolucji adaptacyjnej roślin do przetrwania w niepożądanych warunkach środowiskowych25,26. Dotyk mechaniczny, zwłaszcza dotyk palca ludzkiego i dotyk wacikiem bawełnianym, zostały wybrane do zbadania tych zmian morfologicznych we wcześniejszych badaniach thigmomorfogenetycznych14...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

To badanie było wspierane przez następujące granty: 31370315, 31570187, 31870231 (Chińska Narodowa Fundacja Naukowa), 16100318, 661613, 16101114, 16103615, 16103817, AoE/M-403/16 (RGC of Hong Kong). Autorzy pragną podziękować firmie Ju Feng Precision and Automation Technology Limited (Shenzhen, Chiny) za udostępnienie kilku schematów pokazanych w Rysunek 1.

Autorzy chcieliby również podziękować S. K. Cheungowi i W. C. Lee za ich wkład w rozwój maszyny do ładowania dotykowego.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
4 szczotkidostosowane
4 ramiona robota z jednym uchwytemDostosowanyuchwyt o długości 1000 mm i ramię robota o długości 560 mm
57 silnik krokowy57HS22-A Uniwersalna
ziemia doniczkowaPlantmate, Hong Kong
Arabidopsisnasiona roślin Arabidopsis Biological Resource Centers, Columbus, OHDo zakupu nasion rzodkiewnika
BIO-MIX podłoże doniczkoweJiffy Products International BV, Holandia1000682050Dwie gleby zmieszano ze sobą, aby wyhodować Arabidopsis. Stosunek wszystkich celów ziemi doniczkowej i  BIO-MIX to
radiometr badawczy 1:2 IL 1700International Light, Newburyport, MAMożna mierzyć natężenie światła zarówno pełnego promieniowania falowego, jak i fotosyntetycznego promieniowania aktywnego.
ImageJhttps://imagej.nih.gov/ij/download.htmlBezpłatne pobrane oprogramowanie
Ju Feng Precision and Automation Technology LimitedShenzhen, ChinyW przypadku zakupu siłowników liniowych z napędem pasowym i innych modułów mechanicznych
Płyta łącząca blokuAby zamocować moduł szyny prowadzącej Y lub dźwigar pomocniczy Y z tyłu bloków ślizgowych
Blacha łącząca osi X modułdostosowanyDo podłączenia modułu szyny prowadzącej X i dźwigara pomocniczego X
Blok
WDT4045 Moduł843 mm, dostosowanyFabrycznie zainstalowany z dwoma blokami ślizgowymi i jednym silnikiem krokowym 57
WDT4045 Moduł1038 mm, dostosowanyWstępnie zainstalowany z dwoma blokami ślizgowymi i jednym silnikiem
krokowym 57Dźwigar pomocniczy osi X843 mm, dostosowanyWstępnie zainstalowany z dwoma blokami ślizgowymi
do włosów ślizgowego ślizgowy szyny prowadzącej osi X szyny prowadzącej osi Y Dźwigar pomocniczy osi Y 1038 mm, dostosowany Wstępnie zainstalowany z dwoma blokami ślizgowymi

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Jaffe, M. J. Thigmomorphogenesis: the response of plant growth and development to mechanical stimulation with special reference to Bryonia dioica. Planta. 114, 143-157 (1973).
  2. Vandenbrink, J. P., Kiss, J. Z., Herranz, R., Medina, F. J. Light and gravity signals synergize in modulating plant development. Frontiers in Plant Science. 5, 563(2014).
  3. Hashiguchi, Y., Tasaka, M., Morita, M. T. Mechanism of higher plant gravity sensing. American Journal of Botany. 100, 91-100 (2013).
  4. Salisbury, F. B. The Flowering Process. , Macmillan. New York. (1963).
  5. Darwin, C. The Power of Movement in Plants. , Appleton. New York. (1881).
  6. Chehab, E. W., Eich, E., Braam, J. Thigmomorphogenesis: a complex plant response to mechano-stimulation. Journal of Experimental Botany. 60, 43-56 (2008).
  7. Telewski, F. W., Jaffe, M. J. Thigmomorphogenesis: anatomical, morphological and mechanical analysis of genetically different sibs of Pinus taeda in response to mechanical perturbation. Physiologia Plantarum. 66, 219-226 (1986).
  8. Vogel, M. Automatic precision measurements of radial increment in a mature spruce stand and interpretation variants of short term changes in increment values. Allgemeine Forst-und Jagdzeitung. , Germany. (1994).
  9. Braam, J. In touch: plant responses to mechanical stimuli. New Phytologist. 165, 373-389 (2005).
  10. Jaffe, M. J., Leopold, A. C., Staples, R. C. Thigmo responses in plants and fungi. American Journal of Botany. 89, 375-382 (2002).
  11. Telewski, F. W. A unified hypothesis of mechanoperception in plants. American Journal of Botany. 93, 1466-1476 (2006).
  12. Gutiérrez, R. A., Ewing, R. M., Cherry, J. M., Green, P. J. Identification of unstable transcripts in Arabidopsis by cDNA microarray analysis: rapid decay is associated with a group of touch-and specific clock-controlled genes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99, 11513-11518 (2002).
  13. Lee, D., Polisensky, D. H., Braam, J. Genome-wide identification of touch-and darkness-regulated Arabidopsis genes: a focus on calmodulin-like and XTH genes. New Phytologist. 165, 429-444 (2005).
  14. Wang, K., et al. Quantitative and functional posttranslational modification proteomics reveals that TREPH1 plays a role in plant touch-delayed bolting. Proceedings of the National Academy of Sciences United States of America. 115, 10265-10274 (2018).
  15. Hamilton, E. S., Schlegel, A. M., Haswell, E. S. United in diversity: mechanosensitive ion channels in plants. Annual Review of Plant Biology. 66, 113-137 (2015).
  16. Knight, M. R., Campbell, A. K., Smith, S. M., Trewavas, A. J. Transgenic plant aequorin reports the effects of touch and cold-shock and elicitors on cytoplasmic calcium. Nature. 352, 524(1991).
  17. Toyota, M., Furuichi, T., Tatsumi, H., Sokabe, M. Cytoplasmic calcium increases in response to changes in the gravity vector in hypocotyls and petioles of Arabidopsis seedlings. Plant Physiology. 146, 505-514 (2008).
  18. Knight, M. R., Smith, S. M., Trewavas, A. J. Wind-induced plant motion immediately increases cytosolic calcium. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 89, 4967-4971 (1992).
  19. Braam, J., Davis, R. W. Rain-, wind-, and touch-induced expression of calmodulin and calmodulin-related genes in Arabidopsis. Cell. 60, 357-364 (1990).
  20. Chehab, E. W., Yao, C., Henderson, Z., Kim, S., Braam, J. Arabidopsis touch-induced morphogenesis is jasmonate mediated and protects against pests. Current Biology. 22, 701-706 (2012).
  21. Telewski, F. W., Pruyn, M. L. Thigmomorphogenesis: a dose response to flexing in Ulmus americana seedlings. Tree Physiology. 18, 65-68 (1998).
  22. De Vylder, J., Vandenbussche, F. J., Hu, Y., Philips, W., Van Der Straeten, D. Rosette tracker: an open source image analysis tool for automatic quantification of genotype effects. Plant Physiology. , (2012).
  23. Clark, T., Bradburn, M., Love, S., Altman, D. Survival analysis part I: basic concepts and first analyses. British Journal of Cancer. 89, 232(2003).
  24. Bradburn, M. J., Clark, T. G., Love, S., Altman, D. Survival analysis part II: multivariate data analysis–an introduction to concepts and methods. British Journal of Cancer. 89, 431(2003).
  25. Jaffe, M., Forbes, S. Thigmomorphogenesis: the effect of mechanical perturbation on plants. Plant Growth Regulation. 12, 313-324 (1993).
  26. Kutschera, U., Niklas, K. J. Evolutionary plant physiology: Charles Darwin’s forgotten synthesis. Naturwissenschaften. 96, 1339(2009).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

ThigmomorphogenesisTouch Force SignalingArabidopsis ThalianaAutomatic Touch MachineRobotic Arm Hair BrushMutant Screen ProtocolBolting Delay AnalysisRosette Area MeasurementCox Hazards ModelMechanical Force Loading

Related Articles