Анализ поведения Arabidopsis thaliana роста в разных качествах свет
2 февраля 2018 г.
Здесь мы представляем протокол для изучения поведения роста растений и особенно фенотипов образом воспроизводимость. Мы покажем, как предоставлять переменной и на же время стабильных условиях освещения. Надлежащего анализа зависит от достаточного числа образцов и действительный статистических оценок.
Общая цель этого визуального и молекулярного анализа фенотипов — сравнить рост растений при различных условиях освещения и различных генотипов. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области исследований растений, такие как акклиматизация к различным условиям освещения. Основное преимущество этой методики заключается в том, что она дает воспроизводимые и измеримые результаты.
Демонстрировать процедуру будет Франка Зайлер, техник в моей лаборатории. Для начала рассчитайте подходящий размер выборки и подготовьте необходимое количество горшков размером шесть на семь сантиметров с почвой и посадите в каждый по одному семечку. Затем яровизируйте семена при температуре четыре градуса Цельсия в течение двух дней.
Установите относительную влажность воздуха в климатической камере на уровне 65% и температуру на уровне 22 и 16 градусов Цельсия для 16-часового дневного цикла и восьмичасового ночного цикла. Затем отрегулируйте свет на всех уровнях с интенсивностью 200 микромолей на квадратный сантиметр и секунду. Используйте встроенный спектрометр для непрерывного мониторинга спектрального выхода.
Поместите растения в климатическую камеру, и накройте их прозрачной верхушкой, пока не выйдут хорошо развитые коталинины. Визуально осматривайте растения и регулярно записывайте данные о росте с помощью фотографий. Чтобы получить стабильные изображения, используйте штатив камеры и масштабную линейку для каждого снимка.
Сначала поместите растение в темноту на несколько минут. Затем установите импульсно-модулированный флуориметр и камеру на соответствующем расстоянии от растения. Вся розетка должна быть видна в окне реального времени.
Запустите программное обеспечение и выберите опцию mini, которая появится в окне выбора единицы измерения. Затем нажмите OK. Затем выберите синий цвет во всплывающем окне и нажмите OK.
Выберите опцию «Видео в реальном времени», поверните регулировочное кольцо объектива, чтобы сфокусировать изображение, и выберите определенную область растения. Чтобы выйти из текущего окна, нажмите на поле выхода в правом верхнем углу. Определите область по интересам (AOI) с настройками по умолчанию.
Круг и красное поле со средним значением FT пикселей, содержащихся в AOI, автоматически появятся в центре экрана. Вам необходимо удалить эту АОИ, прежде чем определять свою собственную. Затем примите настройки по умолчанию на вкладке справа.
Затем нажмите кнопку "Добавить" на вкладке "AOI" и поместите круг в область листа. Повторите этот процесс пять раз для каждого листа, выбирая несколько листьев на одно растение. Поставьте галочку в соответствующем поле с максимальным квантовым выходом PS 2, чтобы выбрать изображение FV/FM.
Примените насыщающую световую вспышку для измерения параметров фотосинтеза с помощью флуоресцентного анализа сжатия, нажав кнопку F0, FM. Найдите результаты на вкладке отчета. Отметьте все соответствующие флажки и экспортируйте их в соответствующее программное обеспечение для анализа.
В этом исследовании светодиодные лампы использовались для обеспечения стабильного количества и качества света при наблюдении и анализе роста растений и типов полых озер. Данные с растений собирали на 12, 21 и 28 день после шитья. На этом рисунке показаны средние значения квантовой урожайности PS 2 для 5 растений и 5
.Статистически оценивались данные о растениях, выращенных под имитацией солнечного света, обогащенного синим или красным светом. На этом рисунке показаны средние значения квантовой урожайности, влияющие на PS 2, равные 5 растениям и 5 в день. Средние значения для растений, выращенных под синим и красным светом, были значительно выше, чем для растений, выращенных под имитацией солнечного света.
После установки светодиодные лампы могут обеспечивать стабильные или переменные условия освещения, экономя много энергии по сравнению с люминесцентными лампами. Во время эксперимента важно ежедневно браться за растения. После своего развития этот метод открывает путь исследователям в области исследований растений к изучению поведения роста при различных световых условиях с определенной длиной волны.
После просмотра этого видео вы должны иметь хорошее представление о том, как выращивать, и анализировать растения с точки зрения их визуального и молекулярного типа полы в количественном отношении.
Обзор
В данной статье представлен протокол изучения особенностей роста растений при различных условиях освещения. Особое внимание уделяется важности воспроизводимости и статистической оценки при анализе фенотипов.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Биология растений
- Фенотипический анализ
- Эффекты условий освещения
Теоретические сведения
- Понимание акклиматизации растений к различным условиям освещения имеет решающее значение для исследований.
- Стабильные условия освещения могут повысить достоверность исследований роста.
- Количественные результаты необходимы для получения обоснованных научных выводов.
- Светодиодные лампы (LED) обеспечивают энергоэффективное освещение для экспериментов по выращиванию растений.
Цель исследования
- Сравнить рост растений при различных условиях освещения.
- Проанализировать влияние различных генотипов на особенности роста.
- Разработать воспроизводимый метод фенотипического анализа.
Используемые методы
- Подготовка горшков и посев семян.
- Вернализация семян при низких температурах.
- Настройка климатической камеры с контролируемой влажностью и температурой.
- Использование импульсно-модулированного флуориметра для измерения параметров фотосинтеза.
Основные результаты
- Данные, собранные на нескольких стадиях роста, выявили значительные различия в квантовом выходе.
- Растения, выращенные при синем и красном свете, продемонстрировали более высокую эффективность фотосинтеза, чем растения при имитированном солнечном свете.
- Светодиодные лампы обеспечивали стабильные условия освещения на протяжении всего эксперимента.
- Данный метод позволяет проводить детальный визуальный и молекулярный анализ фенотипов растений.
Выводы
- Данный протокол позволяет исследователям изучать рост растений при заданных условиях освещения.
- Он обеспечивает основу для воспроизводимого и количественного анализа фенотипов растений.
- Будущие исследования могут опираться на этот метод для дальнейшего изучения аспектов биологии растений.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Количественный анализ роста Arabidopsis thaliana в контролируемых условиях освещения позволяет проводить надежную проверку гипотез для задач биологии растений и сельскохозяйственной биотехнологии. Стабильные, программируемые LED-среды и стандартизированные фенотипические измерения повышают прогностическую достоверность на этапах первичного поиска и валидации признаков. Данный подход снижает неопределенность экспериментов и повышает воспроизводимость трансляционных исследований и разработки платформ.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Обеспечивает возможность тщательного исследования светозависимых путей роста и механизмов акклиматизации.
- Позволяет проводить функциональную валидацию генетических или молекулярных мишеней, влияющих на развитие растений.
- Повышает прогностическую достоверность при отборе признаков и снижает биологические риски при улучшении сельскохозяйственных культур.
Скрининг и разработка анализа
- Позволяет создать воспроизводимые и количественно измеримые фенотипические тесты для последующих этапов скрининга.
- Стандартизирует переменные окружающей среды для обеспечения надежности анализа и сопоставимости результатов разных исследований.
- Обеспечивает получение количественных данных, таких как эффективность фотосинтеза и площадь поверхности листа, для объективной оценки.
Трансляционные и доклинические исследования
- Сопоставляет фенотипические показатели с трансляционными конечными точками, имеющими значение для продуктивности сельскохозяйственных культур и адаптации к стрессу.
- Обеспечивает преемственность между исследованиями в контролируемых условиях и оценкой признаков в полевых условиях.
- Позволяет осуществлять продвижение перспективных признаков или генетических модификаций с учетом оценки рисков.
Интеграция конвейера и рабочего процесса
Данный протокол интегрирован в континуум от поиска до валидации, обеспечивая поддержку раннего тестирования гипотез, разработку анализов и трансляционную оценку признаков.
- Открывающая биология: способствует проверке нулевых гипотез и уточнению путей реализации светозависимых признаков роста.
- Скрининг: обеспечивает стандартизированные, воспроизводимые фенотипические анализы с количественными результатами для сравнительного анализа.
- Аналитика: предоставляет надежные измерения параметров фотосинтеза и показателей роста для статистической оценки.
- Трансляционные исследования: позволяют перенести результаты, полученные в контролируемой среде, на этап доклинической валидации признаков в биотехнологии сельскохозяйственных культур.
- Корпоративное использование: предлагает масштабируемую, многократно используемую платформу для изучения различных генотипов и их реакций на воздействие окружающей среды.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает достоверность прогнозов и снижает механистическую неопределенность при выявлении признаков.
- Операционная ценность: Повышает стандартизацию, воспроизводимость и масштабируемость фенотипических анализов.
- Стратегическая ценность: Оптимизирует процесс принятия решений о продолжении или прекращении разработки («go/no-go») и эффективность использования капитала в конвейерах разработки признаков.
- Влияние на портфель: Обеспечивает приоритизацию и продвижение потенциальных признаков или мишеней с учетом оценки рисков.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области физиологии растений, фенотипирования и статистического анализа.
- Необходимы программируемые светодиодные климатические камеры, а также оборудование для получения изображений и флуориметрии.
- Требуется межкомандная стандартизация протоколов условий окружающей среды и измерений.
- Может потребоваться адаптация для различных видов растений или конечных точек признаков.
- Статистическая мощность зависит от достаточного размера выборки и количества повторностей, как отмечено в протоколе.
