Методическая статья

LeafJ: Plugin ImageJ для полуавтоматического измерения формы листьев

DOI:

10.3791/50028

⸱

21 января 2013 г.

 ,  ,  , 
1Department of Plant Biology, University of California Davis

* These authors contributed equally

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Демонстрация основных методов для измерения высокой пропускной лист. Эти методы могут быть использованы для ускорения лист фенотипирование при изучении многих мутантов растений или иного растения экранирование листьев фенотип.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Высокая пропускная способность фенотипирование (phenomics) является мощным инструментом для связи генов с их функциями (см. обзор 1 и недавние примеры 2-4). Листья главный орган фотосинтеза, и их размер и форма зависят развитием и экологически внутри завода. По этим причинам исследования по морфологии листьев требуется измерение нескольких параметров из многочисленных листьев, которые лучше всего сделать, полуавтоматические phenomics инструментов 5,6. Canopy тени является важной экологической реплика, что влияет на архитектуру растений и истории жизни; набор ответов общим названием синдрома тени избежании (SAS) 7. Среди ответов SAS, тени индуцированных черешок листа удлинения и изменения в области лезвия особенно полезны в качестве показателей 8. На сегодняшний день форма листа программ (например, форма 9, LAMINA 10, LeafAnalyzer 11, LEAFPROCESSOR 12) можно измерить очертания листьев и классифицировать лист формы, Но не может выводить черешок длиной. Отсутствие крупномасштабных систем измерения черешки листьев сдерживает phenomics подходы к SAS исследований. В этой статье мы опишем недавно разработанный ImageJ плагин, называется LeafJ, который может быстро измерять длины черешка и параметров листовой пластинки растения арабидопсис модели. Для случайного листа, которые требуют коррекции по эксплуатации черешка / листовой пластинки границы мы использовали сенсорный экран планшета. Кроме того, форма листа ячейки, а числа клеток листа являются важными факторами, определяющими размер листа 13. Отдельно от LeafJ мы также представляем протокол для использования с сенсорным экраном планшет для измерения формы клеток, площадь и размеры. Наш лист черта измерительной системы не ограничивается тени уклонения от уплаты налогов исследований и ускорит лист фенотипирование много мутантов и отбора растений листья фенотипирования.

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Растительных материалов

Обратите внимание, что этот протокол роста растений предназначена для обнаружения ответа тени избегания. Вы можете выращивать растения в вашей любимой состоянии.

  1. Посыпать семена арабидопсиса THALIANA на воде пропитанной фильтровальной бумаги в 9 см чашки Петри и магазина (стратифицировать) их при 4 ° С в течение четырех дней в темноте.
  2. Передача этих чашках Петри в моделируемых условиях солнца: 80-100 мкЕ фотосинтетически активной радиации (ФАР) и дальнего красного дополнение довести R: FR отношение к 1,86. Используйте длинные условиями день (16 часов света / 8 часов темного) и постоянной температуре 22 ° C. Выдержите в этом состоянии в течение трех дней, чтобы семена прорастают.
  3. Передача проросших семян с почвой и держать растения при условии ВС Для крупномасштабных экспериментов, мы рекомендуем подготовки небольших метки для маркировки каждого растения с помощью Объединение данных менеджера в Microsoft Word 2004 (или более поздней версии) для изготовления этикеток.
  4. Одиннадцать дней после TRansfer почвы, перемещение половины растений в тень состоянии: так же, как солнце, но с дополнительным дальним красным светом довести R / FR отношение к 0,52.
  5. После дополнительного двенадцать дней, растения готовы к лист изображений. На этом этапе старые листья полностью созрела в то время как молодые листья по-прежнему расширяется, так что вы моментальный снимок развития. Вы можете выбрать другое время развития в зависимости от ваших потребностей.

2. Захват изображения расчлененный лист

  1. Подготовка прозрачности листы помечены генотипа растения и условием роста с пяти прямоугольных рамах. Один кадр соответствует листья с одного растения. Microsoft Excel может быть использована для печати последовательной сетки с этикетками.
  2. Проанализируйте листья из двадцати шести дневных растений.
  3. Сканирование оставляет на 600 точек на дюйм на планшетный сканер. Обратите внимание, что уходит от одного растения должны быть размещены по вертикали в черное окно в сэндвич прозрачных листов. Старайтесь не прикасаться листьяв черной рамке окна и перекрытия листья, которые дадут ошибки в следующих процедур.

3. Лист анализа изображения по LeafJ

  1. Скачать ImageJ Перетащите LeafJ.jar файл в папку плагинов из ImageJ.
  2. Откройте файл изображения в ImageJ 1.45s или более поздней версии 14.
  3. Разбить изображение на три цветовых каналов (красного, зеленого и синего) на "Color Image>> Split Channels" и применить порог изображения в синем канале.
  4. Выберите все листья с одного растения на инструмент прямоугольник (рис. 1А).
  5. Выберите "LeafJ" из меню плагинов.
  6. Выберите аннотации информации для этого растения в диалоговом окне, которое появляется. Вы можетеизменить значения по умолчанию, которые появляются здесь, нажав кнопку "редактировать эти параметры".
  7. После запуска LeafJ плагина и, прежде чем нажать кнопку "ОК", редактировать прослеживаются линии от области интереса (ROI) оконный менеджер (если это необходимо; рис. 1b). Сенсорного экрана планшета (например, Ipad) полезно для этой процедуры. Ipads может быть подключен к компьютеру в качестве внешнего монитора с помощью Air Display программного обеспечения.
  8. Экспорт результатов измерений и связанные с ними информацию (имена файлов, время цветения, расчлененные, измеряемый и т.д.) для Microsoft Excel или эквивалент программного обеспечения.

4. Лист сотового анализа изображения в ImageJ

  1. Исправить рассеченными листьями, как описано в ссылке 15 после сканирования (шаг 2). FAA фиксированной листья можно хранить при 4 ° С в течение не менее 6 месяцев.
  2. Снимите листья, изменив FAA фиксатором для хлоралгидрат решения и инкубировать листьев на 1 ~ 2 часа до микроскопических наблюдений 15.
  3. Гора выходит на милимикроскопа скользит с трихомы вверх. Использование 40-кратном увеличении на сложный микроскоп, изображение мезофилла слой в центре каждого листа по обе стороны от главной жилки, избегая клетки рядом волосков или вены.
  4. Трассировка клеток листа описывается по ImageJ ROI менеджер инструмент, с помощью сенсорного экрана планшета и пера (как описано в шаге 3). Анализ сотового изображения использует встроенный в особенности ImageJ, но не требует LeafJ.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Лист изображения показаны оценки Черешок и краевые листовой пластинки, и их измерение Window

Одной из наиболее полезных функций LeafJ является автоматическое обнаружение листовой пластинки / черешка границы (рис. 1). Алгоритм LeafJ работает следующим образом: встроенные функциональные возможности ImageJ ParticleAnalyzer используется, чтобы найти и определить ориентацию листа внутри выбору пользователя. Для каждого листа по ширине листа определяется вдоль всей оси листа. Тогд...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Наш "LeafJ" Плагин позволяет измерение длины черешка полуавтоматически, увеличивая пропускную почти в 6 раз по сравнению с ручной измерения. Черешки длиной является важным показателем SAS, а также является достопримечательностью других явлений, таких как сопротивление погружения и hyponastic роста 17. Таким образом, этот плагин может быть полезна широкому кругу исследователей завода.

Наш плагин реализован в устоявшихся Java-основе свободного программного обеспечения, Ima...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Нет конфликта интересов объявлены.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

LeafJ было написано JNM в то время как он был в отпуске в лаборатории доктора Кэтрин Поллард в Gladstone институтов.

Эта работа была поддержана грантом от Национального научного фонда (грант № IOS-0923752).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Название реагента Компания Номер в каталоге
дальним красным светом индикатор Orbitec заказ
прозрачность IKON HSCA / 5
сканер Epson Epson Perfection V700 PHOTO
Изображение J NIH http://rsbweb.nih.gov/ij/
LeafJ обычай http://www.openwetware.org/wiki/Maloof_Lab
Air Display Avatron программного обеспечения ООО пустым "> http://avatron.com/
iPad2 Корпорация Apple http://www.apple.com/

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Furbank, R. T., Tester, M. Phenomics--technologies to relieve the phenotyping bottleneck. Trends Plant Sci. 16, 635-644 (2011).
  2. Berger, B., Parent, B., Tester, M. High-throughput shoot imaging to study drought responses. J. Exp. Bot. 61, 3519-3528 (2010).
  3. Borevitz, J. O. Natural genetic variation for growth and development revealed by high-throughput phenotyping in Arabidopsis thaliana. G3 (Bethesda). 2, 29-34 (2012).
  4. Albrecht, D. R., Bargmann, C. I. High-content behavioral analysis of Caenorhabditis elegans in precise spatiotemporal chemical environments. Nat. Methods. 8, 599-605 (2011).
  5. Chitwood, D. H., et al. Native environment modulates leaf size and response to simulated foliar shade across wild tomato species. PLoS ONE. 7, e29570(2012).
  6. Chitwood, D. H., et al. The developmental trajectory of leaflet morphology in wild tomato species. Plant Physiol. 158, 1230-1240 (2012).
  7. Casal, J. J. Shade Avoidance. The Arabidopsis Book. , e0157(2012).
  8. Smith, H. Photomorphogenesis in Plants. Kendrick, R. E., Kronenberg, G. H. M. , Kluwer Academic Publishers. 377-416 (1994).
  9. Iwata, H., Ukai, Y. SHAPE: a computer program package for quantitative evaluation of biological shapes based on elliptic Fourier descriptors. J. Hered. 93, 384-385 (2002).
  10. Bylesjo, M., et al. LAMINA: a tool for rapid quantification of leaf size and shape parameters. BMC Plant Biol. 8, 82(2008).
  11. Weight, C., Parnham, D., Waites, R. LeafAnalyser: a computational method for rapid and large-scale analyses of leaf shape variation. Plant J. 53, 578-586 (2008).
  12. Backhaus, A., et al. LEAFPROCESSOR: a new leaf phenotyping tool using contour bending energy and shape cluster analysis. New Phytol. 187, 251-261 (2010).
  13. Tsukaya, H. Mechanisms of Leaf-shape determination. Annual Review of Plant Biology. 57, 477-496 (2006).
  14. Abramoff, M. D., Magalhaes, P. J., Ram, S. J. Image Processing with ImageJ. Biophotonics International. 11, 36-42 (2004).
  15. Horiguchi, G., Fujikura, U., Ferjani, A., Ishikawa, N., Tsukaya, H. Large-scale histological analysis of leaf mutants using two simple leaf observation methods: identification of novel genetic pathways governing the size and shape of leaves. Plant. J. 48, 638-644 (2006).
  16. Horiguchi, G., Ferjani, A., Fujikura, U., Tsukaya, H. Coordination of cell proliferation and cell expansion in the control of leaf size in Arabidopsis thaliana. J. Plant. Res. 119, 37-42 (2006).
  17. Pierik, R., de Wit, M., Voesenek, L. A. C. J. Growth-mediated stress escape: convergence of signal transduction pathways activated upon exposure to two different environmental stresses. New. Phytol. 189, 122-134 (2011).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

LeafJ

Похожие статьи