Nós fornecemos um método inovador para melhorar o contraste de absorção de raio-x do milho tecido apropriado para digitalização de tomografia computadorizada de microcomputed comum. Com base em imagens de CT, apresentamos um conjunto de fluxos de trabalho de processamento de imagem para diferentes materiais de milho que efetivamente extrair fenótipos microscópicos de feixes vasculares de milho.
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Artigo de método
Técnicas de fenotipagem mícron-escala de milho feixes vasculares, com base na tomografia computadorizada de Microcomputed de raio-x
* These authors contributed equally
Neste artigo
Resumo
Resumo
É necessário quantificar com precisão as estruturas anatômicas do milho materiais baseados em técnicas de análise de imagem de alta produtividade. Aqui, nós fornecemos um 'protocolo de preparação de amostra' para materiais milho (ou seja, caule, folha e raiz) apropriados para tomografia computadorizada normal microcomputed (micro-CT) digitalização. Com base em imagens de alta resolução do CT de milho caule, folha e raiz, descrevemos dois protocolos para a análise fenotípica de feixes vasculares: (1) com base na imagem CT do milho caule e folha, desenvolvemos um pipeline de análise de imagem específica para extrair automaticamente 31 e 33 características fenotípicas de feixes vasculares; (2) baseado na série de imagem CT da raiz do milho, montamos um esquema de processamento de imagem para a segmentação de tridimensional (3D) dos vasos metaxylem e extraído bidimensional (2D) e a área dos navios de metaxylem, de superfície 3D características fenotípicas, tais como o volume, etc. Os protocolos propostos comparado com medição manual tradicional de feixes vasculares de milho materiais, melhorar significativamente a eficiência e a precisão de quantificação fenotípica mícron-escala.
Introdução
O sistema vascular milho atravessa toda a planta, da raiz e caule para as folhas, que forma os caminhos de transporte chave para o fornecimento de água, nutrientes minerais e substâncias orgânicas1. Outra função importante do sistema vascular é fornecer suporte mecânico para a planta de milho. Por exemplo, a morfologia, número e distribuição dos feixes vasculares em raízes e caules estão intimamente relacionadas à resistência de alojamento de plantas de milho2,3. Actualmente, estudos sobre a estrutura anatômica dos feixes vasculares principalmente utilizam técnicas microscópicas e Ultra....
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Protocolo
1. protocolo de preparação de amostra
- Para a amostragem, coletar o caule, folha e raiz de plantas de milho frescas e dividi-los em três tipos de grupos de amostra (cada grupo com quatro repetições). Em seguida, cortá-los em pequenos segmentos, usando uma lâmina cirúrgica da seguinte maneira: (1) corte um segmento do meio da haste entrenó 1-1,5 cm de comprimento; (2) cortar um segmento da largura máxima da folha 0.5 - 3 cm de comprimento ao longo da direção vertical com a veia principal; (3) corte um segmento da raiz coroa 0,5 cm de comprimento.
- Para a fixação da FAA, mergulhe os segmentos da amostra em uma solução de FAA (90:5:5 v/v/v, 70% etanol: ....
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Resultados
O protocolo de preparação de amostra adequado para a digitalização de micro-CT normal não só impede a deformação dos tecidos vegetais, mas também aumenta o contraste de absorção de raios-x. Materiais vegetais pré-tratados são verificados usando um sistema de micro-CT em imagens de alta qualidade fatia, e a maior resolução pode chegar a 2 µm/pixel. A Figura 4 mostra as imagens digitalizadas de micro-CT de caule, folha e raiz, e o contraste da imagem tem uma me.......
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Discussão
Com o sucesso da aplicação da tecnologia de CT nos domínios da biomedicina e ciência dos materiais, esta tecnologia foi gradualmente introduzida nos campos da botânica e agricultura, promover pesquisas nas ciências da vida de planta como uma ferramenta técnica promissora . Na década de 1990, a tecnologia de CT foi usada primeiramente para estudar as estruturas morfológicas e desenvolvimento de sistemas de raiz da planta. Na década passada, síncrotron HRCT tornou-se uma ferramenta poderosa, não destrutiva para os biólogos.......
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Divulgações
Os autores não têm nada para divulgar.
Agradecimentos
Esta pesquisa foi apoiada pelo nacional natureza Science Foundation da China (No.31671577), a ciência e tecnologia inovação especial construção financiados pelo programa de Pequim Academia da agricultura e silvicultura Sciences(KJCX20180423), a pesquisa Programa de desenvolvimento da China (2016YFD0300605-01), a Fundação de ciência Natural de Beijing (5174033), o Beijing pós-doutorado pesquisa Foundation (2016 ZZ-66) e a Academia de Pequim de agrícola e Grant de Ciências Florestais (KJCX20170404) ( JNKYT201604).
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Skyscan 1172 Sistema de tomografia computadorizada de raios-X | Bruker Corporation, Bélgica | NA | Para varredura de tomografia computadorizada |
| CO2 sistema de secagem de ponto crítico (Leica CPD300) | Leica Corporation, Alemanha | NA | Para secagem de amostras |
| Etanol | Qualquer | NA | Para fixação de FAA |
| Formaldeído | Qualquer | NA | Para fixação de FAA |
| Acético ácido | Qualquer | NA | Para fixação FAA |
| Lâmina cirúrgica | Qualquer | NA | Para cortar os conjuntos de amostras |
| Impressora 3D | Replicador Makerbot 2, MakerBot Industries, USA | NA | Para imprimir os cestos de amostra de raiz, caule e folha de milho |
| Tubo de centrífuga | Corning, USA | NA | Coloque os materiais da raiz, caule ou folha |
| Iodo sólido | Qualquer | NA | Para tingimento de amostras |
| SkyScan Nrecon software | SkyScan NRecon, Versão: 1.6.9.4, Bruker Corporation, Bélgica | NA | Para reconstrução de imagem |
| VesselParser software | VesselParser, Versão: 3.0, Centro Nacional de Pesquisa de Engenharia para Tecnologia da Informação na Agricultura (NERCITA), Pequim, China | NA | Protocolo de análise de imagem para imagem única de TC de caule ou folha de milho |
| ScanIP | ScanIP, Versão: 7.0; Simpleware, Exeter, REINO UNIDO | NA | Software de processamento de imagem 3D |
| Luvas de látex | Qualquer | pinça NA | |
| Qualquer | NA |
Referências
- Lucas, W. J., et al. The plant vascular system: evolution, development and functions. Journal of Integrative Plant Biology. 55, 294-388 (2013).
- Gou, L., et al. Effect of population density on stalk lodging resistant mechanism and agronomic cha....
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Reimpressões e permissões
