Мкм шкала фенотипирование методы кукурузы сосудистых пучков, основанный на Microcomputed рентгеновская томография
9 октября 2018 г.
Мы предлагаем новый метод для повышения контраста поглощения рентгеновских кукурузы ткани подходит для обычных microcomputed КТ сканирование. Основываясь на КТ изображений, мы представляем набор рабочих процессов обработки изображений для различных кукурузы материалы эффективно извлекать микроскопических фенотипы сосудистых пучков кукурузы.
Этот метод может иметь ответы на быстрые вопросы в запланированной микрон масштаба фенотипирования методы сборки. Такие как микро-КТ сканирующие частицы, и фенотипический метод анализа для кукурузных сосудистых пучков. Основным преимуществом этого метода является предоставление новых и эффективных способов исследования фенотипических признаков сосудистого расслоения кукурузы путем подготовки образца, КТ-сканирования и анализа протоколов.
Последствия этого метода расширяют применение обычных микро-КТ сканирования и других наук о растениях. Этот протокол можно легко модифицировать для размещения других растительных материалов, таких как обезвоживание процедуры сушки. Для начала соберите стебель, листья и корень из свежих растений кукурузы.
И разделить их на три выборочных группы. Затем используйте хирургическое лезвие, чтобы сократить от одного до 1,5 сантиметра сегмента среднего ствола интерноды. Используя то же хирургическое лезвие, вырезать 1/2 до двух сантиметров сегмента от максимальной ширины листа вдоль вертикального направления с основной вены.
Используйте хирургическое лезвие, чтобы вырезать 1 /2 сантиметра сегмента от корня земли. После этого, замочить образцы сегментов в решении FAA, по крайней мере три дня. Обезвоживаемые сегменты образца в течение 30 минут в шести последовательных градиентах этанола.
Затем поместите растительные материалы в соответствующие корзины образца. Быстро перенесите корзины в выборочных клеток системы сушки критических точенок углекислого газа. Поместите высушенные растительные материалы в 50-миллилитровую центрифугу с двумя граммами твердого йода.
Затем поместите трубки в светоизоляционую комнату на четыре-пять часов. Во-первых, установите параметры сканирования КТ в соответствии с текстовым протоколом. Затем установите диапазоны сканирования в зависимости от различных размеров и объемов используемых растительных материалов.
Затем отрегулируйте размер пикселя изображения следующим образом: два микрометра для корня. 6,77 микрометров для стебля. И 10 микрометров для листа.
Чтобы реконструировать срез изображения, используйте программное обеспечение для строительства изображений для преобразования необработанных данных КТ в изображения КТ с разрешением 2K. Во-первых, укажите тип органа для инициализации различных конвейеров алгоритмов в программном обеспечении автоматической визуализации. Затем нажмите кнопку параметров метода и выберите стебель кукурузы, или лист кукурузы, в первой коробке.
Нажмите кнопку управления данными, установите рабочий каталог и импортните все изображения срезов в каталоге. Затем выберите одно- или многослойные изображения в конвейеры изображений. Затем определите размер пикселя изображения.
Выберите кнопку параметров метода и введите размер пикселя изображения в соответствующем элементе редактирования. После этого нажмите кнопку фенотипирования вычислений, чтобы автоматически извлечь фенотипические черты сосудистых пучков для всех выбранных изображений ломтика. Нажмите кнопку статистического анализа, чтобы получить результаты этого анализа в качестве текста или файла CSV.
Импорт реконструированных изображений корней кукурузы, и определить точные параметры пространства. Затем используйте рекурсивный гауссианский инструмент для сглаживания изображений и улучшения качества изображения. Отрегулируйте пороговые параметры для проведения 3D-сегментации метаксалемных сосудов.
Это создаст единую цветовую метуклею для каждого подключенного метаксилемного сосуда. Затем, улучшить и определить metaxylem судов интерактивно с помощью морфологии bitwise, и наводнения заполнения операций. Далее проведем объемную визуализацию и поверхностную реконструкцию сосудов.
Наконец, используйте инструмент статистики масок для подсчета и измерения фенотипических признаков сосуда на 2D и 3D уровнях. С помощью анализа, изложенного в протоколе, были вычислены фенотипические особенности сосудистых пучков в стеблях, листьях и корнях кукурузы. Создана 3D визуализация корневых и метаксалимовых сосудов с использованием результатов сегментации, реконструкции и визуализации объема.
Надлежащий протокол подготовки образца значительно улучшает качество сканирования микро-КТ для стебля, листьев и корней. С помощью автоматического трубопровода испускают для быстрого извлечения фенотипических признаков сосудистых пучков для стебля кукурузы и листьев. И настройка и сканирование обработки испуска для анализа 3D фенотипических признаков сосудистых пучков для корня кукурузы.
Этот метод обеспечивает практический способ точной и быстрой фенотипической квалификации и идентификации кукурузных сосудистых пучков.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном исследовании представлен новый метод усиления рентгеновского контраста в тканях кукурузы, направленный на совершенствование процессов микрокомпьютерной томографии (micro-CT). Этот метод эффективно поддерживает анализ проводящих пучков кукурузы, позволяя проводить детальную фенотипическую оценку с помощью структурированного рабочего процесса обработки изображений.
Основные компоненты исследования
Область исследования
- Растениеводство
- Методы микроскопии и визуализации
- Фенотипический анализ
Теоретическая часть
- Значение сосудистых пучков у кукурузы
- Необходимость в усовершенствованных методах визуализации для фенотипирования
- Потенциальные области применения улучшенного микро-КТ сканирования
Используемые методы
- Микро-КТ сканирование
- Ткани растений кукурузы (стебель, лист, корень)
- Рабочие процессы обработки изображений
Основные результаты
- Эффективное извлечение фенотипических признаков из сосудистых пучков кукурузы
- Улучшенное качество сканирования и результаты визуализации
- Успешное применение протокола к различным тканям кукурузы
Выводы
- Данный метод значительно улучшает анализ сосудистых пучков кукурузы.
- Он демонстрирует эффективность в совершенствовании методологий фенотипирования растений.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Точное количественное определение анатомических структур растений способствует валидации мишеней в сельскохозяйственной биотехнологии, обеспечивая фенотипический скрининг сосудистых признаков, связанных со стрессоустойчивостью и урожайностью. Данный метод повышает достоверность прогнозов на ранних этапах исследований, обеспечивая высокопроизводительное фенотипирование сосудистых пучков кукурузы на микронном уровне. Это позволяет использовать анализ признаков на основе визуализации в качестве масштабируемого инструмента для снижения рисков при идентификации перспективных линий в программах по улучшению сельскохозяйственных культур.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Научная ценность: Позволяет исследовать архитектуру сосудистых пучков для выяснения функциональных признаков, связанных с транспортом питательных веществ и реакцией на стресс.
- Практическая ценность: Автоматизирует извлечение 31 фенотипического признака стебля/листа и 33 признаков корня, снижая вариабельность ручных измерений.
- Прогностическая ценность: Обеспечивает фенотипический скрининг сосудистых признаков для определения приоритетных генетических мишеней с высокой наследуемостью и устойчивостью к воздействиям окружающей среды.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: обеспечивает получение стандартизированных 2D- и 3D-метрик сосудов (объем, площадь поверхности) для воспроизводимого сравнения признаков между различными генотипами.
- Практическая ценность: интегрируется в рабочие процессы микро-КТ для создания масштабируемых методов визуализации при высококонтентном фенотипическом скрининге.
- Готовность анализа: выводит данные о признаках в формате CSV, что позволяет проводить последующий статистический анализ и интегрировать данные в алгоритмы машинного обучения.
Трансляционные и доклинические исследования
- Трансляционная преемственность: обеспечивает связь между фенотипированием сосудистой системы на этапе фундаментальных исследований и доклинической оценкой признаков засухоустойчивости и эффективности использования азота.
- Механистическое снижение рисков: проясняет взаимосвязи между структурой и функцией сосудистых пучков для уменьшения неопределенности при валидации мишеней.
- Согласованность биомаркеров: показатели морфологии сосудов служат транслируемыми биомаркерами целостности сосудистой системы и гидравлической проводимости.
Интеграция в конвейер и рабочий процесс
Данный метод вписывается в континуум от этапа поиска до доклинических исследований, обеспечивая анализ сосудистых признаков, который служит основой для выбора мишеней и оптимизации ведущих соединений в программах по биотехнологии сельскохозяйственных культур.
- Фундаментальная биология: обеспечивает проверку гипотез о генах развития сосудистой системы посредством автоматизированного фенотипирования плотности и морфологии пучков.
- Скрининг: предоставляет количественные, воспроизводимые показатели сосудистых признаков для скрининга библиотек мутантов или панелей естественной изменчивости.
- Аналитика: предоставляет статистические данные (среднее значение, дисперсию, распределение) сосудистых признаков для проведения сравнительного анализа условий.
- Трансляционные исследования: связывает сосудистые фенотипы стебля/листа/корня с показателями жизнедеятельности всего растения в условиях стресса.
- Корпоративное повторное использование: устанавливает многократно используемый протокол визуализации, применимый для различных видов однодольных растений, для стандартизации сосудистых признаков.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает достоверность прогнозов при валидации мишеней за счет снижения фенотипического шума путем автоматизированного извлечения признаков с высоким разрешением.
- Операционная ценность: стандартизирует подготовку образцов и параметры визуализации тканей стебля, листьев и корней для обеспечения воспроизводимости результатов в масштабах всей лаборатории.
- Стратегическая ценность: оптимизирует принятие решений о продолжении или прекращении исследований (go/no-go) в конвейерах анализа признаков, предоставляя данные о сосудистом фенотипе на ранних стадиях с количественной оценкой неопределенности.
- Влияние на портфель: позволяет осуществлять продвижение генетических мишеней с учетом рисков, основываясь на оценках стабильности и наследуемости сосудистых признаков.
Особенности реализации
- Требуются экспертные знания в области анатомии растений, работы с микро-КТ и конвейеров анализа изображений.
- Необходим доступ к микро-КТ сканерам с регулируемым разрешением вокселей (2–10 μm) и программному обеспечению для реконструкции.
- Требуется стандартизация протоколов фиксации в FAA, дегидратации этанолом и контрастирования иодом между лабораториями.
- Необходима адаптация порогов сегментации для различных типов сосудов и видов растений, помимо кукурузы.
- Ограничения обусловлены размером образцов в центрифужных пробирках и временем окрашивания плотных тканей.
Часто задаваемые вопросы по биофармацевтике
Chapters in this video
0:04
Title
0:52
Sample Preparation Protocol
2:19
Micro-CT Scanning Protocol
3:03
"Image Analysis for a Single CT Imageof a Maize Stem or Leaf"
4:06
Image Analysis Protocol for CT Image Series of a Maize Root
5:09
Results: Phenotypic Traits of Vascular Bundles in Maize Stems, Leaves, and Roots Computed
5:35
Conclusion
