В предыдущих исследованиях использовали эпидермальные корки, листовые диски или отделившиеся листья для изучения устьичных реакций на бактериальные инвазии 9,11,12. В отличие от этого, метод, предложенный в этом исследовании, использует портативное устройство визуализации устьиц для непосредственного наблюдения за устьицами на листе, прикрепленном к растению после распыления инокуляции Pto, имитируя естественные условия бактериальной инвазии. Кроме того, поскольку этот метод не включает в себя деструктивные процессы пробоподготовки, такие как отслоение листьев, иссечение листового диска и эпидермальное шелушение, можно избежать ранения и потери воды, связанных с этими процессами пробоподготовки. К этим эффектам не следует относиться легкомысленно, так как раны и потеря воды неизбежно вызывают сигналы растительного происхождения, такие как фитогормоны жасмонат и абсцизовая кислота, которые влияют на движения устьиц13,14.
Существует несколько рекомендаций по оптимальному использованию портативного устройства визуализации устьиц. Во-первых, тщательное удаление капель воды с поверхности листьев имеет первостепенное значение для получения изображений с оптимальной четкостью и фокусировкой. Во-вторых, рекомендуется делать несколько снимков с одинаковых участков листьев, манипулируя регуляторным винтом для точной настройки фокуса. Ожидается, что эта практика увеличит количество поддающихся анализу устьиц на участке листа, тем самым уменьшая потенциальную систематическую ошибку при отборе проб. Наконец, при защиптывании листа устройством требуется осторожное обращение, чтобы не повредить лист. Это очень важно, потому что ранение является одним из сигналов, вызывающих смыкание устьиц14.
Устьичная апертура, как правило, была более вариабельной при автоматизированном измерении, чем при ручном измерении (рис. 3). Причин тому несколько. Ранее сообщалось, что устьичные поры, определяемые с помощью конвейера анализа изображений, часто включают клеточные стенки и/или тени защитных клеток, окружающих устьичную пору7, что не относится к ручным измерениям человеческим глазом. Устьица необычной формы также могут влиять на различия между ручными и автоматизированными измерениями, хотя модель обнаружения устьиц была обучена исключать такие устьица из анализа7. Некоторым устьицам были присвоены нулевые значения апертуры устьиц при автоматическом измерении, но ни одного при ручном измерении по неизвестным причинам. Для решения этих проблем могут потребоваться будущие обновления моделей. Тем не менее, поскольку автоматическое измерение апертуры устьиц в основном совпадало с ручным измерением, текущая версия конвейера анализа изображений имеет практическое применение.
Непосредственное наблюдение и автоматизированное измерение устьичного отверстия у A. thaliana, описанные в этом исследовании, являются перспективными для различных применений для выяснения роли устьиц в адаптации растений к окружающей среде. Например, представленный метод должен быть широко применим для быстрого количественного определения устьичного отверстия в интактной системе всего растения после воздействия биотических стрессов, таких как MAMP и микробные патогены, а также абиотических стрессов, таких как засуха. В подтверждение этого предыдущего исследования был успешно применен конвейер анализа изображений для точного количественного определения устьичной апертуры «листовых дисков», обработанных грибковым токсином фузикокцином, который индуцирует открытие устьиц, или гормоном стресса абсцизовой кислотой, которая индуцирует закрытие устьиц. Более того, в принципе, портативное устройство визуализации позволяет проводить долгосрочный анализ временного хода устьичной апертуры на одном идентичном листе, прикрепленном к растению. Это может пролить свет на новые аспекты взаимодействия растений и микробов, поскольку большинство исследований были сосредоточены на устьичных реакциях на бактериальные патогены в течение первых нескольких часов взаимодействия 9,10,11. Также будет интересно использовать и модифицировать представленный метод для изучения устьичных реакций на бактериальную инвазию в различных условиях окружающей среды. Это особенно важно для понимания воздействия факторов окружающей среды, таких как температура, влажность и доступность почвенной воды, которые влияют на подвижность устьиц и развитие болезней бактериальными патогенами 8,15. В заключение, представленный метод призван ускорить исследования устьичных функций при взаимодействии растений и микробов и за их пределами в доселе недостижимых экспериментальных условиях.