Описаны протоколы исследования динамики стромопластных стромул, заполненных стромой канальцев, которые отходят от поверхности хлоропластов.
Методическая статья
Описаны протоколы исследования динамики стромопластных стромул, заполненных стромой канальцев, которые отходят от поверхности хлоропластов.
Стромулы, или "канальцы, заполненные стромой", являются узкими, трубчатыми ответвлениями от поверхности хлоропласта, которые повсеместно наблюдаются в растительных клетках, но функции которых остаются загадочными. Наряду с растущим вниманием к роли хлоропластов в координации реакций растений на стресс, интерес к стромулам и их связи с динамикой передачи сигналов хлоропластов возрос в последние годы, чему способствовали достижения в области флуоресцентной микроскопии и белковых флуорофоров, которые позволяют быстро и точно визуализировать динамику стромул. Здесь мы предоставляем подробные протоколы для анализа частоты стромоль в эпидермальных хлоропластах Nicotiana benthamiana, что является отличной модельной системой для исследования биологии стропул хлоропластов. Мы также предлагаем методы визуализации стропул хлоропластов in vitro путем извлечения хлоропластов из листьев. Наконец, мы описываем стратегии выборки и статистические подходы для анализа различий в частотах стромоль в ответ на стимулы, такие как стресс окружающей среды, химическая обработка или подавление экспрессии генов. Исследователи могут использовать эти протоколы в качестве отправной точки для разработки новых методов для инновационных экспериментов, чтобы изучить, как и почему хлоропласты производят стромолы.
Хлоропласты — это динамические органеллы в растительных клетках, отвечающие за фотосинтез и множество других метаболических процессов. Сигнальные пути от хлоропластов также оказывают значительное влияние на физиологию и развитие растений, координируя реакцию растений на стресс окружающей среды, патогены и даже форму листьев1-6. В последнее время биологи заинтересовались малоизученным аспектом структуры хлоропластов: стромулами, очень тонкими канальцами, заполненными стромой, которые отходят от поверхности хлоропласта7.
Биологические функции стромулов остаются неизвестными, хотя известно, что частота стромулов изменяется в ответ на стимулы окружающей среды7-9, и стромулы могут быть способны передавать сигнальные молекулы между органеллами6. Все типы пластид (не только зеленые, фотосинтезирующие хлоропласты, но и прозрачные лейкопласты, амилопласты, наполненные крахмалом, и пигментированные хромопласты, если назвать несколько типов пластид) образуют стромулы, и стромолы обнаружены во всех видах наземных растений, которые были исследованы до настоящего времени. Стромулы могут динамически расширяться и втягиваться, появляясь или исчезая в течение нескольких секунд, или они могут оставаться относительно неподвижными в течение длительного времени. Одним из основных препятствий, с которыми сталкиваются биологи стромул, является то, что стромулы часто изучаются с использованием совершенно разных методов, тканей и видов, что затрудняет сравнение литературы по биологии стромул. В будущем стандартные методы и подробные описания экспериментальных систем, используемых для изучения стромул, будут иметь решающее значение для открытия функции этих вездесущих особенностей морфологии хлоропластов.
Здесь мы описываем методы визуализации образования стромул в эпидермальных хлоропластах листьев Nicotiana benthamiana. В мезофилле хлоропласты плотно упакованы в большие трехмерные клетки, что затрудняет точную и быструю визуализацию стромол с помощью конфокальной микроскопии. Напротив, эпидермальные клетки относительно плоские, содержат меньше хлоропластов и находятся на поверхности листа, что позволяет легко и быстро визуализировать стромулы. N. benthamiana является идеальной модельной системой для этих экспериментов, потому что, в отличие от многих видов растений, все клетки эпидермиса N. benthamiana производят хлоропласты10. В эпидермисе большинства растений, включая Arabidopsis thaliana, только устьичные защитные клетки имеют хлоропласты, в то время как другие эпидермальные клетки имеют «лейкопласты», пластиды, которые являются прозрачными, относительно аморфными и нефотосинтезирующими9,11,12. Таким образом, в то время как в одном поле зрения эпидермиса A. thaliana может быть всего несколько хлоропластов в паре защитных клеток, поле зрения эпидермиса N. benthamiana будет включать десятки или даже сотни хлоропластов. Однако все описанные здесь методы могут быть модифицированы для исследования других вопросов биологии стромул; например, мы использовали тот же подход для изучения лейкопластных стромол A. thaliana9.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Примечание: Для этого протокола, мы сосредоточились на опробование стромул частоту в эпидермисе N. benthamiana листья. Несколько устойчивых трансгенных линий были сформированы , которые могут быть использованы для этой цели, в том числе 35S PRO: FNRtp: EGFP , 13 и NRIP1: Cerulean 6. Обе эти линии показывают устойчивую экспрессию флуорофоров в хлоропласт строме листьев, выращенных в широком диапазоне условий. В качестве альтернативы, хлоропластов таргетингом флуорофоры могут быть выражены в скоротечно N. benthamiana с использованием Agrobacterium преобразований 13. Это меньше , чем идеал трансгенных линий, так как Agrobacterium инфильтрацию вызывают некоторые базальные защитных реакций в N. benthamiana и взаимодействия с Agrobacterium может изменять частоту стромул в листе 14, потенциально усложняя интерпретацию результатов. И, наконец, визуализировать стромул образование в пробирке,Хлоропласты могут быть извлечены из любых видов растений, с использованием либо генетически кодируемых флуорофоры или флуоресцентный краситель, как описано в разделе 5 ниже. 9,15
Примечание:. Подробные методы выращивания растений были описаны ранее 16 Вкратце, растут N. benthamiana растения в 4 -х "горшочки , наполненные какой - либо профессиональной почвенную смесь , которая обеспечивает хороший дренаж. Покрыть рассаду с прозрачным пластиковым куполом в течение первых 10-14 дней , чтобы обеспечить влажную среду для прорастания. Добавление любого стандартного смеси удобрений в соответствии с инструкциями производителя по 14- дневного возраста растения. выращивать растения под белым светом, используя ~ 100 мкмоль фотонов м -2 сек -1 интенсивность света. Водные растения регулярно.
1. Подготовка образцов листьев для визуализации
Примечание: динамика стромул страдают от ранив 8, поэтому препарат ткани следует проводить непосредственно перед визуализируя стромулс помощью конфокальной флуоресцентной микроскопии. В идеале, выборка должна быть визуализированы с 15 мин после снятия с завода.
2. Визуализация стромул с конфокальной флуоресцентной микроскопии
3. Обработка изображения
4. Экспериментальный дизайн и отбор проб
Примечание: стромул частота сильно варьирует между листьями, но несколько сообщений предполагают, что есть небольшое изменение в стромул частоты в пределах Indiviдвойного листа 9,17.
5. Извлечение интактные хлоропласты визуализировать стромул Dynamics
Примечание: Существует несколько методовбыли использованы для выделения хлоропластов из листьев, в том числе несколько иной протокол в недавнем исследовании стромул образования в пробирке 15. Протокол подробно описаны ниже использует относительно простой метод , который не уступает биохимически чистых образцов хлоропластов, но вместо того, чтобы изолировать большое количество неповрежденных, здоровых хлоропластов 9,18.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Этот протокол был использован для визуализации стромул частоту днем и ночью в семядолях молодых N. benthamiana рассады. Ломтики из z- стека были объединены в одно изображение (рисунок 1А). Для визуальных целей, что изображение было тогда ненасыщенный и перевернутый таким образом , что стромы появляется черный (рисунок 1В). Хлоропласты были помечены либо как не имеющие стромул (зеленая звездочка) или имеющие по меньшей мере один стромул ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
При исследовании стромул, три важных фактора должны быть рассмотрены на протяжении: (I) манипуляции ткани растений должны быть сведены к абсолютному минимуму, (б) экспериментальная система должна быть последовательной, и (III) стратегии отбора проб должны быть тщательно спланированы, обеспечить надежные, воспроизводимые данные анализируются.
Стромул удивительно динамичным: они могут распространяться и быстро убирается перед глазами наблюдателя под микроскопом. Кроме того, стромул частота зна...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
J.O.B. и A.M.R. были поддержаны преддокторскими стипендиями от Национального научного фонда.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Hepes | Sigma-Aldrich | H3375 | |
| NaOH | Fischer-Scientific | S320-1 | |
| Сорбит | Sigma-Aldrich | S1876 | |
| EDTA | Fischer-Biotech | BP121 | |
| MnCl2 | Sigma-Aldrich | 221279 | |
| MgCl2 | Sigma-Aldrich | M0250 | |
| KCl | Sigma-Aldrich | P3911 | |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S9625 | |
| Лазерный сканирующий конфокальный микроскоп | Carl Zeiss Inc | Модель: LSM710 | |
| Карбоксифлуоресцеин диацетат (CFDA) | Sigma-Aldrich | 21879 | |
| Диметилсульфоксид (ДМСО) | EMD | MX1458-6 | |
| Блендер Waring | Модель: 31BL92 | ||
| Fiji | fiji.sc | Программное обеспечение с открытым исходным кодом для анализа биологических изображений |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение