Protokół wgłębień mikroskopii sił atomowych oferuje możliwość przeanalizowania roli fizycznych właściwości ściany komórkowej konkretnej komórki tkanki lub organu podczas normalnego lub ograniczonego wzrostu (tj. przy niedoborze wody).
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Protokół wgłębień mikroskopii sił atomowych oferuje możliwość przeanalizowania roli fizycznych właściwości ściany komórkowej konkretnej komórki tkanki lub organu podczas normalnego lub ograniczonego wzrostu (tj. przy niedoborze wody).
Opisano tutaj metodę charakteryzowania właściwości fizycznych ściany komórkowej komórek naskórka żyjących korzeni Arabidopsis poprzez nanowgłębienia za pomocą mikroskopu sił atomowych (AFM) sprzężonego z optycznym mikroskopem fluorescencyjnym z odwróconą lampą piersiową. Metoda polega na przyłożeniu kontrolowanych sił do próbki podczas pomiaru jej odkształcenia, co pozwala na ilościowe określenie parametrów, takich jak pozorny moduł Younga ścian komórkowych w rozdzielczościach subkomórkowych. Wymaga starannego mechanicznego unieruchomienia próbki oraz prawidłowego doboru wgłębników i głębokości wgłębień. Chociaż może być stosowana tylko w tkankach zewnętrznych, metoda ta pozwala scharakteryzować zmiany mechaniczne w ścianach komórkowych roślin podczas rozwoju i umożliwia korelację tych mikroskopijnych zmian ze wzrostem całego narządu.
Komórki roślinne są otoczone ścianą komórkową, która jest złożoną strukturą składającą się z oddziałujących ze sobą sieci polisacharydów, białek, metabolitów i wody, o grubości wahającej się od 0,1 do kilku µm, w zależności od typu komórki i fazy wzrostu1,2. Właściwości mechaniczne ściany komórkowej odgrywają kluczową rolę we wzroście roślin. Niskie wartości sztywności ściany komórkowej są proponowane jako warunek wstępny wzrostu komórek i rozszerzania się ścian komórkowych, a coraz więcej dowodów wskazuje na to, że wszystkie komórki wyczuwają siły mechaniczne w celu pełnienia swoich funkcji. Jednak wciąż przedmiotem dyskusji pozostaje kwestia tego, czy zmiany właściwości fizycznych ściany komórkowej determinują los komórki2,3,4. Ponieważ komórki roślinne nie przemieszczają się podczas rozwoju, ostateczny kształt organu zależy od tego, w jakim stopniu i w którym kierunku rozszerza się komórka. W związku z tym korzeń Arabidopsis jest dobrym modelem do badania wpływu właściwości fizycznych ściany komórkowej na rozszerzanie się komórek, ponieważ w różnych regionach korzenia zachodzą różne typy rozszerzania. Na przykład rozszerzanie anizotropowe jest widoczne w strefie elongacji, a szczególnie wyraźnie w komórkach epidermy5.
Opisana tutaj metoda została wykorzystana do charakterystyki właściwości fizycznych ściany komórkowej komórek epidermy żyjących korzeni Arabidopsis w skali nanometrów, przy użyciu mikroskopu sił atomowych (AFM) sprzężonego z odwróconym fluorescencyjnym mikroskopem fazowym6. W celu uzyskania szczegółowego przeglądu techniki AFM należy zapoznać się z publikacjami7,8,9.
Niniejszy protokół opisuje podstawową metodę przygotowania próbek oraz ogólną metodę pomiaru elastyczności ścian komórkowych roślin z wykorzystaniem AFM.

Rycina 1Schematyczny przegląd eksperymentu siła-wgniecenie w korzeniach Arabidopsis z wykorzystaniem mikroskopii sił atomowych (AFM). Schemat przedstawia przegląd etapów eksperymentu siła-wgłębienie: od przygotowania podłoża w celu stabilnej immobilizacji próbki korzenia (1-2), potwierdzenia żywotności korzenia poprzez barwienie jodkiem propidyny (3), pozycjonowania dźwigary na powierzchni wydłużonej komórki epidermy korzenia głównego (4-5), pomiaru krzywych siły (6) oraz przetwarzania krzywych siły w celu obliczenia pozornego modułu Younga (7-8). EZ: strefa elongacji. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Przygotowanie materiału roślinnego i warunki wzrostu
2. Obróbka stresem osmotycznym (opcjonalnie)
UWAGA: Ta sekcja zawiera szczegółowe informacje na temat wzrostu korzeni Arabidopsis w potencjale osmotycznym -1,2 MPa, określonym za pomocą osmometru krioskopowego (Tabela materiałów). Część ta może zostać pominięta lub zmieniona w zależności od stawianego pytania badawczego.
3. Eksperymenty nanoindentacji za pomocą mikroskopii sił atomowych (AFM)
4. Pomiar pozornego modułu Younga
, gdzie E jest pozorny moduł Younga próbki,
jest współczynnikiem Poissona próbki, a α jest półkątem wierzchołkowym. Należy odrzucić dopasowania o współczynniku korelacji (r2) < 0.9. Rozważyć współczynnik Poissona dla materiału całkowicie nieściśliwego:
= 0,5 oraz geometria wgłębnika podana przez producentów.Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Doświadczenia z pomiaru siły wciskania
Poniższy tekst przedstawia wyniki oczekiwane po przeprowadzeniu eksperymentu z pomiaru siły wciskania, aby ukazać typowy rezultat uzyskany przy prawidłowej realizacji protokołu.
Krzywe siła-przemieszczenie
Na Rysunku 2 przedstawiono reprezentatywne wykresy indentacji siłowej, uzyskane podczas wbijania próbki w pozycji umieszczonej w centrum komórki strefy elongacji korzenia. W mom...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Mechanika komórek i ścian komórkowych staje się coraz bardziej istotna dla uzyskania wglądu w to, jak mechanika wpływa na procesy wzrostu. Ponieważ siły fizyczne rozchodzą się na znaczne odległości w tkankach stałych, badanie zmian we właściwościach fizycznych ściany komórkowej oraz tego, jak są one wyczuwane, kontrolowane, dostrajane i wpływają na wzrost rośliny, staje się ważnym polem badań 2,3,8.
P...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie pozostają w konflikcie interesów. Skrypt MATLAB używany do dopasowywania danych jest dostępny na osobiste żądanie po napisaniu do J. C. B.
To badanie zostało sfinansowane przez CSIC I+D 2018, grant nr 95 (Mariana Sotelo Silveira).; CSIC Grupos (Omar Borsani) oraz PEDECIBA.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 1 x sól fizjologiczna buforowana fosforanami (PBS) | Zawiera chlorek sodu i bufor fosforanowy i jest opracowany w celu zapobiegania szokowi osmotycznemu i utrzymania równowagi wodnej w żywych komórkach. | ||
| Oprogramowanie AFM | Bruker, Billerica, MA, USA | ||
| Mikroskopia sił atomowych (AFM) | BioScope Catalyst, Bruker, Billerica, MA, USA | ||
| Katalizator Uchwyt sondy | Bruker, Billerica, MA, USA | CAT-FCH | do katalizatora Bioscope, przeznaczony do pracy z płynem w trybie kontaktowym lub stukania. Kompatybilny również z zasilaniem pneumatycznym. |
| Osmometr krioskopowy; model OSMOMAT 030 | Gonotech, Berlin, Niemcy | ||
| Murashige & Skoog Medium | Duchess Biochemie | M0221 | Oryginalne stężenie, (1962) |
| Optyczny mikroskop odwrócony sprzężony z AFM | Olympus IX81, Miami, FL, USA | ||
| PEGAMIL | ANAEROBICOS S.R.L., Buenos Aires, Argentyna | 100429 | Neutralny, niekwaśny klej silikonowy |
| szalki Petriego | Deltalab | 200201.B | Polistyren, 55 x 14 mm, sterylny promieniowanie. |
| Jodek propidyny | Sigma | P4170 | Do testu żywotności korzeni. |
| Sonda z azotku krzemu, DNP-10, wspornikowa A | Bruker, Billerica, MA, USA | DNP-10/A | Do mikroskopii modulacji siły w pracy z cieczą. Promień końcówki sondy 20-60 nm. 175-μ M-długi trójkątny wspornik, o stałej sprężystości 0,35 N/m. |
| Pęseta | Sigma | T4537 |
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