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

Summary

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

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

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 grawitacji^2,3. Opisuje zmiany fenotypowe związane z okresowymi stymulacjami mechanicznymi, które były często obserwowane przez botaników we wcześniejszych czasach^4,5. Krople deszczu, wiatr, dotyk roślinny, zwierzęcy i ludzki, a nawet ugryzienia zwierząt, są uważane za różne rodzaje bodźców mechano-bodźców, które wyzwalają s....

Protocol

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 doty....

Results

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.......

Discussion

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 środowiskowych^25,26. Dotyk mechaniczny, zwłaszcza dotyk palca ludzkiego i dotyk wacikiem bawełnianym, zostały wybrane do zbadania tych zmian morfologicznych we wcześniejszych badaniach thigmomorfogenetycznych^14.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
4 szczotki		dostosowane
4 ramiona robota z jednym uchwytem		Dostosowany	uchwyt o długości 1000 mm i ramię robota o długości 560 mm
57 silnik krokowy		57HS22-A Uniwersalna
ziemia doniczkowa	Plantmate, Hong Kong
Arabidopsis	nasiona roślin Arabidopsis Biological Resource Centers, Columbus, OH		Do zakupu nasion rzodkiewnika
BIO-MIX podłoże doniczkowe	Jiffy Products International BV, Holandia	1000682050	Dwie gleby zmieszano ze sobą, aby wyhodować Arabidopsis. Stosunek wszystkich celów ziemi doniczkowej i  BIO-MIX to
radiometr badawczy 1:2 IL 1700	International Light, Newburyport, MA		Można mierzyć natężenie światła zarówno pełnego promieniowania falowego, jak i fotosyntetycznego promieniowania aktywnego.
ImageJ	https://imagej.nih.gov/ij/download.html		Bezpłatne pobrane oprogramowanie
Ju Feng Precision and Automation Technology Limited	Shenzhen, Chiny		W przypadku zakupu siłowników liniowych z napędem pasowym i innych modułów mechanicznych
Płyta łącząca bloku			Aby zamocować moduł szyny prowadzącej Y lub dźwigar pomocniczy Y z tyłu bloków ślizgowych
Blacha łącząca osi X moduł		dostosowany	Do podłączenia modułu szyny prowadzącej X i dźwigara pomocniczego X
Blok
WDT4045 Moduł		843 mm, dostosowany	Fabrycznie zainstalowany z dwoma blokami ślizgowymi i jednym silnikiem krokowym 57
WDT4045 Moduł		1038 mm, dostosowany	Wstępnie zainstalowany z dwoma blokami ślizgowymi i jednym silnikiem
krokowym 57Dźwigar pomocniczy osi X	843 mm, dostosowany	Wstępnie zainstalowany z dwoma blokami ślizgowymi