Używamy prostych narzędzi laboratoryjnych do badania architektury systemu korzeniowego (RSA) Arabidopsis i Medicago. Sadzonki są uprawiane hydroponicznie na siatce i rozprowadzane za pomocą pędzla artystycznego, aby odsłonić RSA. Obrazy są wykonywane za pomocą skanowania lub kamery o wysokiej rozdzielczości, a następnie analizowane za pomocą ImageJ w celu zmapowania cech.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Prosty protokół mapowania cech architektury systemu korzeniowego roślin
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Kompleksowa wiedza na temat rozwoju architektury systemu korzeniowego roślin (RSA) jest kluczowa dla poprawy efektywności wykorzystania składników odżywczych i zwiększenia tolerancji odmian roślin uprawnych na wyzwania środowiskowe. Przedstawiono protokół eksperymentalny dotyczący konfiguracji systemu hydroponicznego, wzrostu sadzonek, rozprzestrzeniania RSA i obrazowania. W podejściu wykorzystano purpurowy system hydroponiczny oparty na pudełku zawierającym siatkę polipropylenową wspartą na klinach poliwęglanowych. Przykładem warunków eksperymentalnych jest ocena RSA sadzonek przy zmiennym zaopatrzeniu w składniki odżywcze (fosforany [Pi]). System został stworzony do badania RSA rzodkiewnika, ale można go łatwo przystosować do badania innych roślin, takich jak Medicago sativa (lucerna). Sadzonki Arabidopsis thaliana (Col-0) są używane w tym badaniu jako przykład pozwalający zrozumieć roślinę RSA. Nasiona są sterylizowane powierzchniowo poprzez obróbkę etanolem i rozcieńczonym wybielaczem komercyjnym i przechowywane w temperaturze 4 °C w celu rozwarstwienia. Nasiona kiełkują i rosną na płynnym podłożu pół-MS na siatce polipropylenowej wspartej na klinach poliwęglanowych. Sadzonki są uprawiane w standardowych warunkach wzrostu przez żądaną liczbę dni, delikatnie wybierane z siatki i zanurzane w płytkach agarowych zawierających wodę. Każdy system korzeniowy sadzonek jest delikatnie rozprowadzany na wypełnionej wodą płytce za pomocą okrągłego pędzla artystycznego. Te płytki Petriego są fotografowane lub skanowane w wysokiej rozdzielczości w celu udokumentowania cech RSA. Cechy korzenia, takie jak korzeń pierwotny, korzenie boczne i strefa rozgałęzienia, są mierzone za pomocą bezpłatnego oprogramowania ImageJ. Badanie to dostarcza technik pomiaru cech korzeni roślin w kontrolowanych warunkach środowiskowych. Omówiliśmy, jak (1) uprawiać sadzonki oraz zbierać i rozprowadzać próbki korzeni, (2) uzyskiwać zdjęcia rozsianych próbek RSA, (3) przechwytywać obrazy i (4) używać oprogramowania do analizy obrazu do ilościowego określania atrybutów korzeni. Zaletą obecnej metody jest wszechstronny, łatwy i skuteczny pomiar cech RSA.
Wprowadzenie
Architektura systemu korzeniowego (RSA), która znajduje się pod ziemią, jest kluczowym organem dla wzrostu i produktywności roślin1,2,3. Po fazie embrionalnej rośliny przechodzą swoje najważniejsze zmiany morfologiczne. Sposób, w jaki korzenie rosną w glebie, ma duży wpływ na wzrost części roślin nad ziemią. Wzrost korzeni jest pierwszym krokiem do kiełkowania. Jest to cecha informacyjna, ponieważ w unikalny sposób reaguje na różne dostępne składniki odżywcze1,2,3,
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
Cały protokół jest schematycznie podsumowany w Rysunek 1, pokazujący wszystkie niezbędne kroki związane z odkrywaniem architektury systemu korzeniowego (RSA) sadzonek. Kroki protokołu są szczegółowo podane poniżej:
1. Sterylizacja powierzchni nasion rzodkiewnika
- Przenieś maleńką miarkę (około 100 nasion = około 2,5 mg) nasion do probówki do mikrofuge i moczyć przez 30 minut w wodzie destylowanej o temperaturze pokojowej (RT). Cała ta procedura odbywa się w warunkach aseptycznych.
- Krótko odwirować probówkę do mikrofuge zawierającą nasiona o sile 500 x g przez 5 s, ....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Różne cechy morfometryczne architektury systemu korzeniowego (RSA) są mierzone przy użyciu prostych narzędzi laboratoryjnych, a poszczególne kroki przedstawiono schematycznie na Rysunku 1. Szczegóły dotyczące ustawienia hydroponicznego demonstrują potencjał protokołu w pomiarze RSA (Rysunek 1 i Rysunek 2).
Biorąc pod uwagę zaobserwowane różnice w czynnikach żelujących, wszystkie badania przeprowadzono z w.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
W ramach tej pracy zademonstrowano mapowanie RSA przy użyciu prostego sprzętu laboratoryjnego. Za pomocą tej metody zmiany fenotypowe są rejestrowane na poziomie wyrafinowanym. Zaletą tej strategii jest to, że część pędów nigdy nie styka się z podłożem, więc fenotyp sadzonek jest oryginalny. Metoda ta polega na skonfigurowaniu systemu hydroponicznego do uprawy sadzonek zgodnie z opisem w protokole. Następnie każdą sadzonkę wyjmuje się w stanie nienaruszonym i umieszcza na wypełnionej agarem płytce Petriego. Następnie sys.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.
Podziękowania
Dziękujemy Departamentowi Rolnictwa Stanów Zjednoczonych (Grant 58-6406-1-017) za wsparcie tych badań. Wyrażamy również podziękowania dla Centrum Biotechnologii WKU, Western Kentucky University, Bowling Green, KY, USA oraz Dyrektora Centralnego Instytutu Roślin Leczniczych i Aromatycznych CSIR, Lucknow, Indie, za udostępnienie sprzętu i wsparcie (komunikat CSIR CIMAP manuscript no. CIMAP/PUB/2022/103). SS dziękuje za wsparcie finansowe ze strony Saint Joseph's University w Filadelfii w USA.
....Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Arabidospsis thaliana (Col 0) | Lehle Seeds | WT-02 | Columbia (Col-0**, bez markerów)* |
| Pędzle artystyczne | Amazon lub dowolny inny sprzedawca | Okrągły pędzel do akwareli nr 14 (8 mm), 16 (9,5 mm), 18 (12 mm) i 20 (14,2 mm) | |
| Mikroskop automatyczny z kamerą cyfrową | Leica Microsystems | LAS wersja 4.12.0, oprogramowanie do obrazowania Leica Microsystems | |
| ImageJ | ImageJ V 1.8.0 | ||
| Purpurowe pudełko GA-7 | Fisher Scientific | 50-255-176 | |
| Medicago sativa | Johnny's Seeds Płytka | ||
| Petriego (150 mm x 15 mm) | USA Scientific | 8609-0215 | 150 mm x 15 mm PS Szalka Petriego (https://www.usascientific.com) |
| Aparat fotograficzny | Cannon lub Nikon | Dowolny aparat o wysokiej rozdzielczości megapikseli (co najmniej 12 megapikseli na cal) w trybie makro | |
| Plant-Agar | Sigma-Aldrich | A3301 | Agargel Nadaje się do hodowli tkanek roślinnych |
| Arkusze poliwęglanu | Amazon | 1 mm gruba | |
| siatka polipropylenowa | Amazon | Rozmiar porów 250 i mikro; m, 500 i mikro; m oraz 1000 &mikro; | |
| m Skaner | Epson | Epson Perfection V700 Photo (skanowanie w rozdzielczości 600 dpi) |
Bibliografia
- Shukla, D., Rinehart, C. A., Sahi, S. V. Comprehensive study of excess phosphate response reveals ethylene mediated signaling that negatively regulates plant growth and development. Scientific Reports. 7 (1), 3074(2017).
- Rellán-Álvarez, R., Lobet, G., Dinneny, J. R.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
