$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Правильное структурирование и дифференцировка устьиц растений имеют решающее значение для их функции в двух фундаментальных биологических процессах, фотосинтезе и транспирации, и обеспечиваются сигнальными путями пептида EPF. У Arabidopsis три секретируемых пептида, богатых цистеином, EPF1, EPF2 и STOMAGEN/EPFL9, контролируют различные аспекты развития устьиц и воспринимаются компонентами рецепторов клеточной поверхности, включая рецепторные киназы семейства ERECTA (ER, ERL1 и ERL2), SERK и TMM 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 . Это распознавание затем приводит к подавлению транскрипционных факторов, которые способствуют дифференцировке устьиц с помощью MAPK-зависимого процесса11. Открытие этих основных генов устьиц в первую очередь достигается путем фенотипического скрининга мутантов с дефектами эпидермиса. В данной работе представлены относительно простые и эффективные методы фенотипирования для визуализации устьиц и других клеток эпидермиса, которые необходимы для идентификации и характеристики потенциальных генов, контролирующих паттерн и дифференцировку устьиц.
Наблюдение за деталями эпидермиса растений обычно достигалось с помощью эпидермальных пилингов с окрашиванием или без окрашивания красителем, таким как толуидиновый синий O (TBO) или сафранин12,13,14. Однако основная проблема этих методов заключается в том, что они требуют специальной подготовки для отшелушивания эпидермиса листа без разрыва тканей, а также для тщательного наблюдения и анализа данных рисунка, избегая изображений, сделанных из разных частей листа. Химическая обработка образцов тканей реагентами, такими как очищающие растворы на основе хлоралгидрата, также широко используется для различных биологических материалов 8,15; Эти методы лечения генерируют большой объем фенотипической информации, предоставляя высококачественные изображения, но также требуют использования опасных химических веществ (например, формальдегида, хлоралгидрата). В этой статье впервые представлен относительно простой и удобный метод фенотипирования, который дает изображения, достаточные для количественного анализа, но не требует использования опасных химических веществ и эпидермальных пилингов листьев для подготовки образца. Окрашенный в ТБО семядольный эпидермис также идеально подходит для изучения развития устьиц, поскольку отсутствие трихом и меньший градиент развития семядолей позволяют легко и легко интерпретировать фенотипы эпидермиса.
Устьичные пептиды EPF относятся к группе растительно-специфических, богатых цистеином пептидов, которые имеют относительно большие зрелые размеры и внутримолекулярные дисульфидные связи между консервативными остатками цистеина. Правильное конформационное сворачивание имеет решающее значение для их биологической функции, но богатые цистеином пептиды, которые продуцируются либо химическим синтезом, либо гетерологичной системой рекомбинации, могут быть неактивными и представлять собой смесь как правильно свернутых, так и развернутых пептидов 3,7,16. Таким образом, скрининг биологически активных пептидов, которые играют роль в контроле развития устьиц, был очень сложной задачей. В этой рукописи дополнительно описан биоанализ для лучшей идентификации и характеристики биологически активных устьичных пептидов. В этом методе проростки арабидопсиса выращивают в многолуночной тарелке, содержащей среду с потенциальными пептидами и без них, в течение 6-7 дней. Затем семядольный эпидермис визуализируется с помощью конфокального микроскопа. В целом, чтобы четко визуализировать биологическую активность потенциальных пептидов в развитии устьиц, генотипы, которые продуцируют больше и/или меньше клеток устьичной линии, такие как мутант epf2, который продуцирует больше клеток эпидермиса, и линия STOMAGEN-ami, которая обеспечивает пониженную плотность эпидермальных клеток 2,4,5, используются в дополнение к контролю Arabidopsis дикого типа (Col-0) для биоанализов.
В целом, два протокола, представленные здесь, могут быть использованы для быстрой и эффективной оценки различных фенотипов эпидермиса и для скрининга малых пептидов и гормонов, которые играют роль в контроле структуры и развития устьиц.