Визуализация нектариев листьев и брактеальных хлопков с помощью цифровой микроскопии для повышения точности оценки и сохранения данных
6 февраля 2026 г.
Здесь мы иллюстрируем пошаговые процессы фенотипирования нектариев листьев и прицветников у хлопковых растений с помощью изображений, полученных цифровой микроскопией. Это эффективный метод оценки нектариев как листьев, так и прицветников хлопка, так как информация может быть собрана и сохранена в виде цифровых изображений.
Текущее исследование направлено на метод, который точно оценивает выражение нектарного признака. Для иллюстрации экспрессии нектарных признаков в качестве модельных тканей использовались как хлопковые листья, так и прицветниковые. Этот метод преодолевает ограничения традиционного подсчёта очков, которые ненадёжны и неточны для нектарных сделок.
Для начала перевезите холодильник и маркированные пакеты Ziploc в теплицу для сбора образцов, соберите молодую ткань листьев из хлопковых растений, выращенных в теплице, возрастом от двух до трёх месяцев, и положите их в маркированные пакеты для образцов. Поместите не менее двух листьев на образец растения в соответствующий маркированный пакет и плотно запечатайте пакет после сбора. Поместите каждый запечатанный пакет с тканью листьев в холодильник.
Собирайте здоровые цветы с верхних веток, когда растения находятся в средней стадии цветения. Положите как минимум два цветка в пакет с этикеткой и запечатайте пакет. Переместите запечатанные пакеты с цветами в холодильник для транспортировки в лабораторию.
Включите микроскоп и выполните начальные этапы запуска. Положите на сцену наполовину сложенный белый лист формата A4, вырезанный по размеру ступени микроскопа. Используйте маленькие ручки света на контроллере консоли, чтобы настроить свет на ступени микроскопа до максимальной интенсивности.
Затем поверните большую ручку яркости на три четверти, чтобы установить его на среднюю высокую. На компьютере выберите увеличение 10 раз в программном обеспечении микроскопа. Положите ткань листа на заранее вырезанный белый лист на стадии микроскопа с абаксиальной стороной вверх и центрируйте её на сцене.
Аккуратно поверните курс и тонкие регуляторные ручки, чтобы сфокусироваться на среднем ребре листа. Продолжайте настраивать, пока изображение не станет чётким и без размытия. Разместите нижний конец среднего ребра там, где находится нектар, в центре поля зрения, обеспечивая при этом ясную видимость расходящихся боковых вен.
Использование ручок настройки курса и тонкой регулировки дополнительно улучшает фокус для улучшения цифровой чёткости изображения. Запечатлеть нектарное изображение. При запросе программного обеспечения сохраняйте изображение с идентификационным номером образца в нужном месте, затем присваивайте балл от одного до четырёх на основе наблюдаемого фенотипа нектарного клета листьев.
Используйте щипцы или руку, чтобы удалить прицветники с цветка. Положите цветок на чистую разделочную доску. Стерильным лезвием отрежьте стебель цветка, затем сделайте прямой разрез по краю удалённых прицветников.
Положите подготовленную цветочную ткань вверх ногами на заранее нарезанный белый лист на стадии микроскопа. Используйте ручки трассы и тонкую регулировку, чтобы улучшить чёткость изображения, отображаемого на экране. Сохраните изображение с соответствующим идентификационным номером образца.
Цифровое изображение абаксиальной поверхности листа на нижней стороне среднего ребра показало два фенотипа с оценкой один без нектариев на среднем ребре. И четвёртый балл — полностью развитый нектар с нектаром. При анализе образцов цветов на предмет нектариев прицветников наблюдались два фенотипа: первый балл не показывал нектара, а четвёртый — полностью сформированный нектар, производящий нектар.
Цифровые изображения нектарных растений чётко показывали как структуры нектара листьев, так и прицветников при увеличении 10, 20 и 40 раз. Выбранные цифровые изображения листьев, соответствующие стандартному формату оценки, показали первый балл с отсутствием нектара, второй балл с недоразвитым нектаром, третий балл с меньшим нектаром и четвёртый балл с полностью развитым нектаром. Точная оценка растений без нектара из сегрегационных популяций нектарных и нектарных скрещиваний крайне важна для отбора растений без нектара, которые могут снизить повреждения насекомых и уменьшить потери урожайности.
Поэтому выбор этого признака важен для последующих применений, таких как ДНК-маркеры, связанные с нектарным признаком, которые являются ценными инструментами для отбора с помощью маркеров.
Overview
This article presents a step-by-step digital imaging method for accurately scoring nectary trait expression in cotton plants. Traditional scoring methods for nectaries are unreliable due to the subtlety of phenotypes and environmental influences. The described protocol utilizes digital microscopy to capture high-resolution images of leaf and bracteal nectaries, enabling precise phenotypic differentiation and reliable data preservation for future analysis.
Key Study Components
Area of Science
- Plant biology
- Phenotyping
- Microscopy
Background
- Nectaries are specialized nectar-producing glands found in many plant species.
- In cotton, nectary trait expression is controlled by genes such as Ne1 and Ne2, and is influenced by environmental and developmental factors.
- Traditional visual scoring of nectaries is error-prone and often unreliable.
- Accurate phenotyping is important for breeding and downstream genetic applications.
Purpose of Study
- To develop and demonstrate a reliable digital imaging method for scoring nectary traits in cotton.
- To overcome the limitations of traditional scoring methods.
- To provide a protocol adaptable to other plant traits and species.
Methods Used
- Collection of young leaf and flower samples from greenhouse-grown cotton plants.
- Sample transport in labeled bags and coolers to maintain tissue integrity.
- Preparation and dissection of samples for microscopy.
- Digital imaging of leaf and bracteal nectaries at various magnifications (10x, 20x, 40x).
- Scoring of nectary phenotypes using a standardized scale (1–4) based on image analysis.
- Archiving digital images for future reference and analysis.
Main Results
- Digital imaging enabled clear visualization and differentiation of nectary phenotypes.
- Four distinct phenotypic scores were established: absence, underdeveloped, small, and fully developed nectaries.
- Digital scoring improved accuracy and reproducibility compared to traditional methods.
- The method facilitated identification of nectary-less plants, important for breeding programs targeting reduced insect damage and yield loss.
Conclusions
- Digital image-based scoring is a reliable and accurate method for phenotyping nectary traits in cotton.
- This protocol can be adapted for scoring other plant traits such as glands, hairs, and color.
- Accurate phenotyping supports downstream applications like marker-assisted selection in breeding programs.
Frequently Asked Questions
Executive Industry Relevance
Accurate phenotypic scoring of plant traits is critical for trait validation, genetic mapping, and downstream breeding applications in agricultural biotechnology. Digital microscopy-based scoring of cotton nectaries enhances predictive confidence and data integrity at the early discovery and trait selection stages. This approach supports robust portfolio decisions by enabling reproducible, high-resolution phenotyping aligned with marker-assisted selection strategies.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables precise interrogation of trait expression controlled by specific genetic loci such as Ne1 and Ne2.
- Supports biological de-risking by distinguishing subtle phenotypic differences not visible to the naked eye.
- Improves predictive confidence for trait selection and downstream genetic analysis.
Screening & Assay Development
- Facilitates preparation of validated digital image datasets for standardized scoring workflows.
- Enhances assay reproducibility and quantitative trait measurement through high-resolution imaging.
- Enables scalable and reusable phenotyping platforms adaptable to other plant traits and species.
Translational & Preclinical Research
- Aligns phenotypic scoring with genetic marker development for translational breeding applications.
- Supports continuity from trait discovery to marker-assisted selection in breeding pipelines.
- Reduces risk in trait advancement decisions by providing objective, archived phenotypic data.
Pipeline & Workflow Integration
This digital microscopy method integrates into the trait discovery-to-breeding continuum, supporting early trait validation, quantitative screening, and translational marker development.
- Discovery Biology: Provides objective trait scoring to clarify genotype-phenotype relationships and reduce ambiguity.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs for reliable trait comparison across samples and conditions.
- Analytics: Generates digital archives enabling retrospective analysis and cross-study data harmonization.
- Translational Research: Bridges phenotypic scoring with marker-assisted selection for breeding program continuity.
- Enterprise Reuse: Establishes a scalable digital phenotyping capability applicable to diverse plant traits and species.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in trait validation.
- Operational Value: Standardizes phenotyping workflows and enhances reproducibility across teams.
- Strategic Value: Supports informed go/no-go decisions and capital-efficient trait advancement.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of traits for breeding and genetic improvement programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in digital microscopy and phenotypic trait scoring.
- Needs access to high-resolution imaging instrumentation and digital archiving infrastructure.
- Demands cross-team standardization of scoring criteria and data management practices.
- Adaptable to various plant model systems with protocol adjustments as needed.
- Dependent on clear phenotype-genotype associations for downstream marker development.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:00
Introduction
0:26
Greenhouse Sampling of Cotton Leaves and Flowers for Digital Microscopy of Leaf and Bracteal Nectaries
1:22
Microscope-Based Imaging and Scoring of Leaf Nectaries
3:00
Preparing and Imaging Cotton Bracteal Nectaries
3:43
Results
4:49
Conclusion
