Artigo de método

Um Protocolo Simples para Mapear as Características da Arquitetura do Sistema Radicular da Planta

DOI:

10.3791/64876

⸱

10 de fevereiro de 2023

 ,  , 
1Department of Biology, Western Kentucky University, 2Plant Biotechnology Division, CSIR Central Institute of Medicinal and Aromatic Plants, 3Academy of Scientific and Innovative Research (AcSIR), 4Department of Biology, St. Joseph's University

Neste artigo

Resumo

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Usamos ferramentas laboratoriais simples para examinar a arquitetura do sistema radicular (RSA) de Arabidopsis e Medicago. As plântulas são cultivadas hidroponicamente sobre malha e espalhadas usando um pincel de arte para revelar a RSA. As imagens são tiradas usando digitalização ou uma câmera de alta resolução e, em seguida, analisadas com o ImageJ para mapear traços.

Resumo

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O conhecimento abrangente do desenvolvimento da arquitetura do sistema radicular das plantas (RSA) é fundamental para melhorar a eficiência do uso de nutrientes e aumentar a tolerância das cultivares aos desafios ambientais. Um protocolo experimental é apresentado para a montagem do sistema hidropônico, crescimento de plântulas, disseminação da ASR e obtenção de imagens. A abordagem utilizou um sistema hidropônico à base de caixa magenta contendo tela de polipropileno suportada por cunhas de policarbonato. Os cenários experimentais são exemplificados pela avaliação da ASR das plântulas sob oferta variável de nutrientes (fosfato [Pi]). O sistema foi estabelecido para examinar a ASR de Arabidopsis, mas é facilmente adaptável para estudar outras plantas como Medicago sativa (Alfafa). As plântulas de Arabidopsis thaliana (Col-0) são utilizadas nesta investigação como exemplo para o entendimento da planta RSA. As sementes são esterilizadas superficialmente por tratamento com etanol e água sanitária comercial diluída e mantidas a 4 °C para estratificação. As sementes são germinadas e cultivadas em meio líquido semi-MS sobre tela de polipropileno suportada por cunhas de policarbonato. As plântulas são cultivadas sob condições padrão de crescimento para o número desejado de dias, delicadamente retiradas da malha e submersas em placas de ágar contendo água. Cada sistema radicular das plântulas é espalhado suavemente na placa cheia de água com a ajuda de um pincel de arte redondo. Essas placas de Petri são fotografadas ou digitalizadas em alta resolução para documentar as características da RSA. As características radiculares, como raiz primária, raízes laterais e zona de ramificação, são medidas usando o software ImageJ disponível gratuitamente. Este estudo fornece técnicas para medir as características radiculares de plantas em ambientes controlados. Nós discutimos como (1) cultivar as plântulas, coletar e espalhar amostras de raízes, (2) obter fotos de amostras de RSA espalhadas, (3) capturar as imagens e (4) usar software de análise de imagens para quantificar atributos radiculares. A vantagem do presente método é a medição versátil, fácil e eficiente das características da ASR.

Introdução

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A arquitetura do sistema radicular (ASR), que é subterrânea, é um órgão vital para o crescimento e produtividade das plantas 1,2,3. Após o estágio embrionário, as plantas sofrem suas alterações morfológicas mais significativas. A maneira como as raízes crescem no solo afeta muito o crescimento das partes das plantas acima do solo. O crescimento radicular é o primeiro passo para a germinação. É uma característica informativa, pois responde de forma única aos diferentes nutrientes disponíveis 1,2,3,4.

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Protocolo

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Todo o protocolo está resumido esquematicamente na Figura 1, mostrando todas as etapas essenciais envolvidas na revelação da arquitetura do sistema radicular (ASR) das plântulas. As etapas do protocolo são dadas em detalhes abaixo:

1. Esterilização da superfície das sementes de Arabidopsis

  1. Transfira uma colher minúscula (aproximadamente 100 sementes = aproximadamente 2,5 mg) de sementes para um tubo de microfuga e deixe de molho por 30 min em água destilada à temperatura ambiente (TR). Todo este procedimento é realizado na condição asséptica.
  2. Centrifugar brevemente o tubo de....

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Resultados

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As diferentes características morfométricas da arquitetura do sistema radicular (ASR) são medidas usando ferramentas laboratoriais simples, e os passos são representados esquematicamente na Figura 1. Os detalhes do arranjo hidropônico demonstram o potencial do protocolo na mensuração da ASR (Figura 1 e Figura 2).

Dadas as diferenças observadas nos gelificantes, utilizamos um sistema hidropônico de cultivo.......

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Discussão

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Este trabalho demonstrou o mapeamento da ASR utilizando equipamentos laboratoriais simples. Usando este método, as alterações fenotípicas são registradas no nível refinado. O benefício dessa estratégia é que a parte aérea nunca entra em contato com a mídia, de modo que o fenótipo das plântulas é original. Este método envolve a criação de um sistema hidropônico para o cultivo de plântulas, conforme descrito no protocolo. Em seguida, cada plântula é retirada intacta e colocada em uma placa de Petri cheia de ágar. O sistema.......

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Divulgações

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Os autores declaram a inexistência de conflitos de interesse.

Agradecimentos

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Agradecemos ao Departamento de Agricultura dos EUA (Grant 58-6406-1-017) pelo apoio a esta pesquisa. Também agradecemos ao WKU Biotechnology Centre, Western Kentucky University, Bowling Green, KY, EUA, e ao Diretor do CSIR Central Institute of Medicinal and Aromatic Plants, Lucknow, Índia, por fornecer as instalações e o suporte do instrumento (CSIR CIMAP manuscript communication no. CIMAP/PUB/2022/103). A SS agradece o apoio financeiro da Saint Joseph's University, Filadélfia, EUA.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Arabidospsis thaliana (Col 0)Lehle SeedsWT-02Columbia (Col-0**, sem marcadores)*
Pincéis de arteAmazon ou qualquer outro fornecedorTamanho do pincel redondo de aquarela nº 14 (8 mm), 16 (9,5 mm), 18 (12 mm) e 20 (14,2 mm)
Microscópio automatizado com câmera digitalLeica MicrosystemsLAS versão 4.12.0, Leica Microsystems
Imaging SoftwareImageJImageJ V
  1.8.0
Caixa magenta GA-7Fisher Scientific 50-255-176
Medicago sativaJohnny's Seeds
Petri-plate (150 mm x 15 mm)USA Scientific8609-0215150 mm x 15 mm PS Petri Dish (https://www.usascientific.com)
Câmera fotográficaCannon ou NikonQualquer câmera de alto mega pixel (pelo menos 12 mega pixel por polegada) no modo macro
Plant-AgarSigma-AldrichA3301Agargel  Adequado para cultura de tecidos vegetais
Folhas de PolicarbonatoAmazon1 mm  de espessura
Malha de PolipropilenoAmazonTamanho dos poros 250 µ m, 500 µ m e 1000 µ m
ScannerEpson EpsonPerfection V700 Photo (Digitalização a 600 dpi)

Referências

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  1. 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).
  2. Rellán-Álvarez, R., Lobet, G., Dinneny, J. R.

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