Usando tomografia de tórax para visualizar a estrutura tridimensional e Função da Usina Vasculatura

Summary

Alta resolução de raios-X de tomografia computadorizada (PCA), é um não-destrutiva técnica de imagiologia de diagnóstico que pode ser utilizada para estudar a estrutura e função dos vasos de plantas em 3D. Demonstramos como TCAR facilita a exploração de redes de xilema através de uma ampla variedade de tecidos e espécies vegetais.

Abstract

Alta resolução de raios-X a tomografia computadorizada (TCAR) é uma técnica não-destrutiva de diagnóstico por imagem com sub-mícron capacidade de resolução que está sendo usada agora para avaliar a estrutura e função da rede de xilema de plantas em três dimensões (3D) (por exemplo, Brodersen et al . 2010; 2011; 2012a incumbentes, b). TCAR de imagem baseia-se nos mesmos princípios que o médico CT sistemas, mas uma alta intensidade de sincrotrão resultados de raios-x de fonte na maior resolução espacial e diminuição do tempo de aquisição de imagem. Aqui, demonstramos detalhadamente como síncrotron baseado TCAR (realizado na Advanced Light Source-LBNL Berkeley, CA, EUA) em combinação com Avizo software (VSG Inc., Burlington, MA, EUA), está a ser utilizada para explorar xilema de plantas em excisadas do tecido e plantas vivas. Esta ferramenta permite que os usuários de imagem nova para ir além tradicional luz estática, 2D ou microscopia eletrônica e amostras de estudo usando virtuais cortes seriados em qualquer plano. Um número infinito de fatias em qualquer orientação cum ser feitas com a mesma amostra, uma característica que é fisicamente impossível utilizar métodos de microscopia tradicionais.

Os resultados demonstram que a TCAR pode ser aplicada a ambos herbáceas e espécies de plantas lenhosas, e uma variedade de órgãos da planta (folhas, ou seja, pecíolos, caules, troncos, raízes). Os números apresentados aqui ajudar a demonstrar tanto uma gama de anatomia representante plantas vasculares e do tipo de detalhe extraído de conjuntos de dados de TCAR, incluindo verificações de costa sequóias (Sequoia sempervirens), nogueira (Juglans spp.), Carvalho (Quercus spp.), E de bordo ( Acer spp.) mudas de árvores para girassóis (Helianthus annuus), videiras (Vitis spp.) e samambaias (Pteridium aquilinum e Woodwardia fimbriata). Amostras excisadas e secas de espécies lenhosas são mais fáceis de digitalizar e normalmente produzem as melhores imagens. No entanto, as melhorias recentes (varreduras ou seja, mais rápidos e de estabilização da amostra), tornou possvel para usar esta técnica de visualização de tecidos verdes (por exemplo, pecíolos) e em plantas vivas. Na ocasião algum encolhimento de tecidos vegetais verdes hidratados fará imagens para borrão e métodos para evitar estes problemas são descritos. Esses avanços recentes com TCAR fornecer promissores novos insights sobre a função vascular da planta.

Introduction

Água é transportada das raízes para as folhas em um tecido vascular chamado xilema - uma rede de condutas interligados, fibras e vivos, células metabolicamente ativas. Função de transporte do xilema da planta deve ser mantida para fornecer nutrientes e água para as folhas para a fotossíntese, o crescimento e, finalmente, de sobrevivência. O transporte da água nas condutas do xilema pode ser interrompida quando a rede do xilema é comprometida por organismos patogénicos. Em resposta a tais plantas infecções muitas vezes produzir geles, gomas, e Tilos como um meio para isolar propagação agente patogénico (por exemplo, McElrone et al 2008; 2010). O estresse hídr....

Protocol

Protocolo detalhes descritos abaixo foram escritas especificamente para o trabalho no Fonte de Luz Avançado 8.3.2 linha de luz. Adaptações podem ser necessárias para o trabalho em outras instalações síncrotron. Segurança e formação adequada de radiação é necessário para o uso desses recursos.

1. Preparação de amostras das plantas vivas

1. Crescer plantas em vasos de ~ 10 cm de diâmetro, e de assegurar que a haste principal (ou uma porção da planta a ser digitalizada) é centrado possível e orientado verticalmente no vaso. As dimensões físicas do instrumento TCAR hutch nos limites Fonte de Luz Avançada plantas vivas para ~ 1 m de al....

Results

Scans Synchotron TCAR foram implementados com sucesso numa vasta variedade de tecidos e espécies vegetais utilizando beamline 8.3.2 (Figura 5), e proporcionaram novas perspectivas sobre a estrutura e função do xilema de plantas de resolução sem precedentes em 3D. As capacidades de visualização e exploração fornecidos pelas reconstruções 3D (como ilustrado nas Figuras 6-8, e 1-3) Filmes permitir a determinação precisa da localização e orientação das estruturas com as redes de xilema em a.......

Discussion

Synchotron TCAR fornece biólogos de plantas com uma ferramenta poderosa, não-destrutivo para explorar o funcionamento interno dos vasos de plantas com detalhes incríveis. Esta tecnologia tem sido usada recentemente para identificar previamente não descritas estruturas anatômicas do xilema videira que diferencialmente alteram a conectividade de rede do xilema em espécie de videira diversas (Brodersen et al 2012b, no prelo.) - Essa conectividade pode alterar drasticamente a capacidade de patógenos vascul.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Veja os detalhes listados acima sobre o equipamento na linha de luz de Fonte de Luz Avançada 8.3.2