Ten protokół opisuje mikroskopijną metodę wykrywania pektyn w interakcji między kawą a grzybem.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół opisuje mikroskopijną metodę wykrywania pektyn w interakcji między kawą a grzybem.
Komórki roślinne używają różnych mechanizmów strukturalnych, konstytutywnych lub indukowalnych, aby bronić się przed infekcją grzybiczą. Enkapsulacja jest skutecznym, indukowalnym mechanizmem izolowania haustorii grzyba od protoplastu komórki roślinnej. I odwrotnie, pektyna, jeden z polimerowych składników ściany komórkowej, jest celem kilku enzymów pektolitycznych w interakcjach nekrotroficznych. W tym miejscu przedstawiono protokół wykrywania pektyn i strzępek grzybów za pomocą mikroskopii optycznej. Badana jest bogata w pektyny enkapsulacja w komórkach liści kawy zakażonych grzybem rdzy Hemileia vastatrix oraz modyfikacja ściany komórkowej mezofilu indukowana przez Cercospora coffeicola. Uszkodzone próbki liści utrwalono roztworem Karnovsky'ego, odwodniono i zatopiono w metakrylanie glikolu na 2-4 dni. Po wszystkich krokach przeprowadzono pompowanie próżniowe w celu usunięcia powietrza z przestrzeni międzykomórkowych i poprawy procesu osadzania. Osadzone bloki podzielono na sekcje o grubości 5-7 μm, które osadzano na szkiełku pokrytym wodą, a następnie podgrzewano w temperaturze 40 °C przez 30 minut. Następnie szkiełka zostały podwójnie wybarwione 5% błękitem bawełnianym w laktofenolu w celu wykrycia grzyba i 0,05% czerwieni rutenowej w wodzie w celu wykrycia pektyn (kwaśnych grup kwasów poliuronowych pektyny). Stwierdzono, że grzyby haustoria Hemileia vastatrix są otoczone pektyną. W cerkosporze kawy komórki mezofilu wykazywały rozpuszczanie ścian komórkowych, obserwowano strzępki międzykomórkowe i konidiofory. Przedstawiona tutaj metoda jest skuteczna w wykrywaniu odpowiedzi związanej z pektynami w interakcji roślina-grzyb.
Mechanizmy obronne ściany komórkowej u roślin są kluczowe dla powstrzymania infekcji grzybiczych. Badania wykazały zmiany w grubości i składzie ścian komórkowych od XIX wieku"xref">1,2. Zmiany te mogą być wywołane przez patogen grzybowy, który stymuluje tworzenie brodawki, która zapobiega przedostawaniu się grzybów do komórki lub może być wykorzystana do enkapsulacji strzępek w celu wyizolowania protoplastu komórki gospodarza od haustorii grzyba. Wytwarzanie dynamicznej bariery ściany komórkowej (tj. brodawek i całkowicie zamkniętego haustorium) jest ważne dla promowania odporności roślin3. Badania histopatologiczne nad chorobami związanymi z grzybami badały występowanie tych mechanizmów i opisały polimery ściany komórkowej, celulozę, hemicelulozę (arabinoksylany) i kallozę jako mechanizmy odporności na atak grzybów4,5,6,7.
Ściana komórkowa jest pierwszą barierą przed atakiem mikroorganizmów, utrudniając interakcję roślina-grzyb. Polisacharydy pektynowe tworzą ścianę komórkową i stanowią około 30% składu ściany komórkowej w pierwotnych komórkach roślin dwuliściennych, w których homogalakturonany są najliczniejszym polimerem (około 60%)8. Golgi wydziela złożone związki pektynowe, które składają się na łańcuchy kwasu galakturonowego, które mogą, ale nie muszą być metylowane8,9. Od 2012 r. w literaturze zwraca się uwagę, że stopień estryfikacji metylowej pektyn ma kluczowe znaczenie dla określenia zgodności podczas infekcji przez mikrobiologiczne enzymy pektynowe10,11,12. W związku z tym wymagane są protokoły weryfikacji obecności i rozmieszczenia związków pektynowych w patosystemach roślinno-grzybowych.
Różne techniki zostały użyte do wykrycia enkapsulacji brodawek lub haustorii. Stosowanymi metodami referencyjnymi są transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM) tkanek utrwalonych oraz mikroskopia świetlna tkanek żywych i utrwalonych. Jeśli chodzi o TEM, kilka badań wykazało strukturalną rolę apozycji ściany komórkowej w odporności na grzyby13,14,15,16, oraz że stosowanie lektyn i przeciwciał jest skomplikowaną metodą lokalizacji polimerów węglowodanowych16. Jednak badania pokazują, że mikroskopia świetlna jest ważnym podejściem, a narzędzia histochemiczne i immunohistochemiczne pozwalają lepiej zrozumieć skład brodawek i powłoki haustorium6,7.
Grzyby chorobotwórcze prezentują dwa główne typy stylu życia: biotroficzny i nekrotroficzny. Grzyby biotroficzne są zależne od żywych komórek, podczas gdy grzyby nekrotroficzne zabijają komórki gospodarza, a następnie żyją w martwych tkankach17. W Ameryce Łacińskiej rdza liści kawy, wywoływana przez grzyba Hemileia vastatrix, jest ważną chorobą upraw kawy18,19. Hemileia vastatrix wykazuje zachowanie biotroficzne, a wśród zmian strukturalnych obserwowanych u odpornych gatunków lub odmian kawy odnotowano reakcję nadwrażliwości, odkładanie się modelozy, celulozy i ligniny na ścianach komórkowych, a także przerost komórek14. Według wiedzy autorów, w literaturze nie ma informacji na temat znaczenia pektyn w odporności kawy na rdzę. Z drugiej strony, grzyby nekrotroficzne, które powodują cerkospomoriozę, atakują pektyny za pośrednictwem zestawu enzymów związanych z degradacją ściany komórkowej, takich jak pektynazy i poligalakturonaza20. Cerkospomorze w kawie, wywoływana przez grzyba Cercospora coffeicola, jest również poważnym zagrożeniem dla upraw kawy21,22. Grzyb ten powoduje zmiany nekrotyczne zarówno w liściach, jak i jagodach. Po penetracji C. coffeicola kolonizuje tkanki roślinne poprzez szlaki wewnątrzkomórkowe i międzykomórkowe23,24,25.
Obecny protokół bada obecność struktur grzybowych i pektyn na ścianach komórkowych. Protokół ten jest przydatny do identyfikacji reakcji roślin związanej z pektyną (barwioną czerwonym barwnikiem rutenowym, który jest specyficzny dla kwaśnych grup kwasów poliuronowych pektyny), indukowaną przez gospodarza w biotroficznej interakcji z grzybem. Pomaga również zweryfikować wpływ grzybów nekrotroficznych na degradację pektynowych ścian komórkowych. Obecne wyniki wskazują, że metoda podwójnego barwienia jest skuteczna w rozróżnianiu struktur i fazy rozrodczej grzybów.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Przygotowanie roztworu buforowego i odczynników
2. Próbki roślin i inokulacja grzybów
UWAGA: Do eksperymentów na liściach dotkniętych rdzą kawy, wyhodowano pięć 2-miesięcznych sadzonek Coffee arabica odmiany Catuaí i trzymano je w szklarni w Centrum Energii Jądrowej w Rolnictwie (CENA) Uniwersytetu w São Paulo, Piracicaba, stan São Paulo, Brazylia.
3. Pobieranie próbek, utrwalanie i odwadnianie
4. Procedura osadzania Historesin
5. Polimeryzacja
UWAGA: Proces polimeryzacji wymaga 1,2 ml plastikowych form, podstawowej żywicy i utwardzacza (szczegóły dotyczące zestawu komercyjnego znajdują się w Tabeli Materiałów).
6. Podział na sekcje
7. Proces podwójnego barwienia
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Barwienie błękitem bawełnianym w laktofenolu na przekrojach zatopionych w GMA ujawniło obecność kilku struktur grzybowych pomiędzy i wewnątrz komórek mezofylu kawy w przypadku zarówno biotroficznych, jak i nekrotroficznych interakcji grzybowych.
W biotroficznym patosystemie, po zastosowaniu metody podwójnego barwienia, strzępki Hemileia vastatrix zawierające ściany komórkowe i gęstą treść protoplastu wybarwiają się na ciemnoniebiesko zarówno w parenchymie gąbczastej, jak i palisadowej...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W niniejszej pracy przedstawiono alternatywny test histochemiczny z podwójnym barwieniem w celu zbadania składu pektyn ścian komórkowych otaczających haustorię w biotroficznym patosystemie. Celem jest również wykazanie skuteczności metody w wykrywaniu grzybów nekrotroficznych i wywołanych przez nich zmian w ścianie komórkowej. Tutaj pektyny ścian komórkowych miąższu kawy mogą otaczać zarówno szyję, jak i haustorium grzyba rdzy Hemileia vastatrix. Silva i wsp. opisali również enkapsulację przez celulozę i kalozę ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.
Autorzy pragną podziękować Dr. Hudsonowi W. P. de Carvalho za wsparcie w rozwijaniu tej pracy. Autorzy są również wdzięczni Laboratorium Mikroskopii Elektronowej "Prof. Elliot Watanabe Kitajima" za udostępnienie urządzenia do mikroskopii świetlnej. Autorzy dziękują dr Flávii Rodrigues Alves Patrício za dostarczenie materiału roślinnego ze zmianami chorobowymi.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Ostrza DB80 HS | Leica | 14035838383 | Bufor |
| kakodylowy | do sekcji EMS | # 11652 | Fixation |
| Bawełna Niebieski Laktofenol | Metaquí mica | 70SOLSIG024629 | Barwienie |
| formaldehydu | EMS#15712 | Utrwalanie | |
| aldehydu glutarowego | EMS | #16216 | Zestaw do utrwalania |
| Historesin | Technovit /EMS | #14653 | Historesin do zatapiania |
| Płyta grzejna | Dubesser | SSCD25X30-110V | Mikroskopia barwienia |
| Zeiss | #490040-0030-000 | Przechwytywanie obrazu | |
| Mikrotom (Leica RM 2540) | Leica | 149BIO000C1 14050238005 | Sekcja |
| Plastikowa taca na kubki do formowania | EMS | 10176-30 | Barwienie |
| rutenu czerwonego | LABHouse | #006004 | Oprogramowanie do barwienia |
| Axion Vision | Zeiss | #410130-0909-000 | Przechwytywanie obrazu |
| Pompa próżniowa | Prismatec | 131 TIPO 2 V.C. | Utrwalenie |
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