Summary
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.
Abstract
Это необходимо для точного количественного определения анатомических структур кукурузы материалов на основе методики анализа изображений высокой пропускной способности. Здесь мы предоставляем «протокол подготовки проб» для кукурузы материалов (то есть, стебель, листья и корень) подходит для обычных microcomputed томография микро-сканирование. Основываясь на изображения с высоким разрешением CT кукурузный стебель, листья и корень, опишем два протокола для фенотипического анализа сосудистых пучков: (1) на основании КТ изображение кукурузный стебель и листья, мы разработали конвейере анализа конкретного изображения автоматически извлекать 31 и 33 фенотипических признаков сосудистых пучков; (2) на основе серии изображений КТ кукурузы корня, мы настроить схему обработки изображений для трехмерной (3-D) сегментации metaxylem судов и получены двумерные (2-D) и 3-D фенотипических признаков, таких, как объем, площадь metaxylem судов, и т.д. По сравнению с традиционной ручной измерение сосудистых пучков кукурузы материалов, предлагаемых протоколов значительно повысить эффективность и точность микрон шкала фенотипические количественной оценки.
Introduction
Кукурузы сосудистой системы проходит через весь завод, корень и стебель на листья, который формирует основные транспортные пути для доставки воды, минеральных веществ и органических веществ1. Еще одной важной функцией сосудистой системы является обеспечивают механическую поддержку для растений кукурузы. Например морфология, количество и распределение сосудистых пучков в корни и стебли тесно связаны с жилье сопротивление кукурузные растения2,3. В настоящее время исследования анатомического строения сосудистых пучков главным образом используют микроскопические и ультрамикроскопические методы для отображения анатомические структуры определенной части стебля, листьев, или корень и затем измерить и рассчитывать эти структуры интерес к ручной расследования. Несомненно ручное измерение различных микроскопических структур в крупномасштабных микроизображений это очень утомительно и неэффективная работа и серьезно ограничивает точность microphenotypic черты, благодаря своей субъективности и непоследовательность4, 5.
Кукурузы не среднего роста, и содержимое ячейки по существу состоит из воды в начальной Меристемы. Без каких-либо предварительной обработки свежие образцы кукурузы тканей могут быть непосредственно отсканированы с помощью микро КТ устройства; Однако результаты сканирования, вероятно, бедных и грубой. Основные причины резюмируются следующим образом: (1) низкое затухание плотности растительных тканей, что приводит к низкой контрастности Атомный номер и высокой шума в изображениях; (2) материалы свежего растения склонны к обезвоживанию и сокращаться в течение нормального сканирования окружающей среды, как сообщает Du6. Основные препятствия для развития и применения технологии microphenotyping для кукурузы, пшеницы, риса и других однодольные стали указанных проблем. Здесь, мы представляем протокол «Подготовка образца» для предварительной обработки образцов кукурузный стебель, листья и корень. Этот протокол позволяет избежать обезвоживания и деформации растительных материалов во время КТ; Таким образом это выгодно увеличить время сохранение образцов растений с nondeformation. Кроме того окраска шаг, основанные на твердых йод также повышает контрастность растительных материалов; Таким образом он делает значительные улучшения в качестве изображений микро CT. Кроме того мы разработали программное обеспечение для обработки изображений, названный VesselParser, чтобы обработать изображения КТ кукурузные стебли и листья. Это программное обеспечение интегрирует набор трубопроводов обработки изображений для выполнения анализа высокой пропускной способностью и автоматические фенотипирование для КТ изображения 2-D различных растительных тканей. Сосудистых пучков в весь спектр кукурузный стебель и лист обнаруживаются, извлекаются и определены с использованием метода автоматической обработки изображений. В результате мы получаем 31 микроскопических фенотипов, стеблей кукурузы и 33 микроскопических фенотипов листьев кукурузы. Для серии изображений КТ кукурузы корня мы разработали схему обработки изображений для приобретения 3-D фенотипических признаков metaxylem судов. Эта схема является превосходной эффективности приобретения изображений и восстановления по сравнению с традиционными методами.
Эти результаты показывают, что изображения обработки трубопроводов рассматривающ изображений характеристики обычных рентгеновских микро КТ обеспечивают эффективный метод для микроскопических фенотипирование сосудистых пучков; Это чрезвычайно расширяет применение методов КТ в науке растений и улучшает автоматическое фенотипирование растительных материалов на клеточном резолюции6,7.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. пример подготовка протокола
- Для отбора проб, собирать стебель, лист, корень из свежих растений кукурузы и разделить их на три вида выборки групп (каждая группа с четырьмя репликаций). Затем, порежьте их на небольшие сегменты с помощью хирургического лезвия следующим образом: (1) вырезать сегмент средних стволовых между узлами 1-1,5 см в длину; (2) вырежьте сегмент максимальная ширина листа 0,5 - 3 см в длину по вертикали с основных вен; (3) вырежьте сегмент корня Корона 0,5 см в длину.
- Для фиксации АВС Замочите сегментов выборки в растворе АВС (90:5:5 v/v/v, 70% этанол: 100% формальдегида: 100% уксусной кислоты) для по крайней мере 3 d.
- Выполните процедуру обезвоживания в шести последовательных этанола градиентов (то есть, 30%, 50%, 70%, 85%, 95% и 100%) и установите время обработки каждой этанола градиента как 30 мин.
- Располагайте материалы завода в соответствующий образец корзины, изготовленных с использованием 3-D принтер; затем быстро перенесите образец корзины ячейки выборки CO2 критической точки сушки системы. Установите сушки параметры следующим образом:
(1) CO2 в: быстрая скорость. Держатель наполнители: 100%.
(2) заряда: CO2 заряда задержки 120 s в цикл. Скорость обмена: 5. цикла число: 12.
(3) газ из: тепло, быстро. Скорость: медленный, 50%.- Зависимости от морфологических различий кукурузы корень, стебель и листьев, дизайна и печати образца корзины с помощью трехмерного принтера (например, рис. 1).
- Место сухих растительных материалов (кукуруза корень, стебель или лист) в 50-мл пластиковых пробирок с 2 g твердого йода красителей растительного сырья с паров летучих йода и, затем, место трубы в светонепроницаемые номер для 4-5 ч.
2. микро КТ сканирования протокол
- Сканировать в необработанных данных КТ, установите КТ параметров, следующим образом: 40 кв/250 мкА (для стебля и листьев) или 34 кв/210 МКА (для корня). Установите соответствующий сканирование диапазоны для различных размеров и объемов используемых материалов завода и отрегулировать размер изображений пикселя следующим: 2,0 мкм (для кукурузы корня), 6.77 мкм (для кукурузы стволовых клеток) и 10,0 мкм (для кукурузы листьев).
- Чтобы воспроизвести фрагмент изображения, преобразуйте необработанные данные КТ в CT фрагмент изображения с разрешением 2K (2000 x 2000 пикселей) с помощью программного обеспечения реконструкции изображения. Более подробная информация приводится в руководстве пользователя NRecon (http://bruker-microct.com/next/NReconUserGuide.pdf).
3. Протокол анализа изображения для одного CT изображения кукурузный стебель или лист
Примечание: Использование автоматической обработки изображений программное обеспечение для сосудистых пучков провести анализ фенотипа сосудистых пучков в пределах фрагмента изображения КТ кукурузный стебель и лист (рис. 2). Ниже описаны шаги использования программного обеспечения.
- Назначить орган типа для инициализации другой алгоритм трубопроводов. Нажмите кнопку Параметры метода и в первом раскрывающемся списке выберите кукурузный стебель или кукурузный лист.
- Чтобы импортировать изображения, нажмите на кнопку управления данными , установить рабочий каталог и импорта автоматически всех фрагментов изображений в этом каталоге. Выберите один или несколько фрагментов изображения в изображения трубопроводов.
- Определите размер фактической пиксель изображения. Нажмите кнопку Параметры метода и введите размер фактической пиксель изображения в элементе изменить размер пикселя.
- Для вычисления фенотипа нажмите кнопку фенотипирование вычисления автоматически извлекать фенотипических признаков сосудистых пучков для всех отдельных фрагментов изображения.
- Нажмите кнопку Анализ статистики для вывода результатов в формате TXT или CSV файла.
4. образ протокол анализа для КТ изображения серии кукурузы корня
Примечание: Изображения серии CT кукурузы корни используются для извлечения 3-D структуры metaxylem сосудов с помощью программного обеспечения обработки изображений. Ниже приводятся основные шаги.
- Импортировать восстановленные изображения кукурузы корней (в формате BMP-файла) и определить точные интервалы параметры (размер voxel [т.е., x, y, z]). Используйте средство Гаусса рекурсивных сгладить эти изображения для повышения качества изображения.
- Проведение 3-D сегментации metaxylem судов, регулируя параметры порога; Это создает единый цвет метки для каждого подключенного metaxylem судна.
- Улучшить и определить metaxylem сосуды, интерактивно, используя побитовый, морфология и операции заливки.
- Проводить объем визуализации и поверхности реконструкции судов. Используйте средство Статистика маска для подсчета и измерить фенотипических признаков судна в уровнях 2-D и 3-D.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Подходит для обычных микро КТ сканирование протокол Подготовка образца не только предотвращает деформацию растительных тканей, но и повышает контраст поглощения рентгеновских. Предварительно обработанные завод материалы проверяются с помощью системы микро CT в срез высокого качества изображения, и высокое разрешение может достигать 2 мкм/пиксель. Рисунок 4 показывает отсканированных микро CT стебель, листья и корень, и контрастность изображения имеет значительное улучшение по сравнению с результатами сканирования из свежего растения материалов. В эти CT фрагмент изображения среди сосудистых пучков, клетки паренхимы, сосуды ксилемы, эпидермиса и других тканей наблюдаются существенные различия в значениях Грей уровня.
Основываясь на этой обработки изображений программное обеспечение для сосудистых пучков, структура и распределение особенности сосудистых пучков в сечение весь стебель или листьев может автоматически анализируются и количественно. Возьмите изображение стеблей кукурузы в качестве примера, и алгоритм фенотипирование программного обеспечения состоит из пяти шагов: сегмент фрагмента изображения, сегмент сосудистых пучков, анализа пространственного распределения сосудистых пучков, выявить и улучшить сосудистых пучков и вычислить и вывода фенотипических признаков сосудистых пучков. Во-первых, весь эпидермиса региона в изображении сегментирован основаны на конкретных или адаптивной пороговых значений и контурной анализа, что методы выполняются для извлечения регионе эпидермиса (Рисунок 3А и 3Б). Далее проводится сегментации сосудистых пучков. Сосудистых пучков окружены в эпидермис; Таким образом регионе эпидермиса с заранее толщину удаляется из фрагмента изображения. Остальная часть изображения состоит только из рассеянного vascular bundles с высоким разрешением света и паренхиме клеток с слабой пиксель света. Затем сегментация изображений на основе фиксированной порогового значения выполняется для извлечения всех регионах кандидат сосудистых пучков, и эти регионы далее определяются как действительный сосудистых пучков согласно ограничения функций ( площадь и форма Рисунок 3 c и 3D).
После сегментации сосудистых пучков извлекаются пространственного распределения характеристики сосудистых пучков. Возьмите геометрические центры разбросаны сосудистых пучков как узлы для создания треугольника сетки для всех сосудистых пучков в фрагмент изображения, и эти сетки являются сгруппированы в пять типов в зависимости от их области. Области сосудистых пучков проявляется значительный понижательный тренд от центра к краю стеблей кукурузы. Треугольных сеток Вороного описывают пространственное распределение и топологических связей сосудистых пучков, и каждая сетка рисуется с определенного цвета по итогам кластерного сосудистых пучков (Рисунок 3E - 3 Ч). Сосудистых пучков, которые отвечают ограничениям пространственного распределения (сетки области и формы являются важным индексы для определения доступности сосудистых bundle) защищены и используются для создания окончательного сегментации результаты (Рисунок 3я).
В последний, фенотипических признаков сосудистых пучков, таких как геометрические формы и распространения информации, может быть вычислена согласно выше анализа, который приводит в выходных данных файла TXT или CSV (рис. 3J). На основе обработки изображений программное обеспечение для сосудистых пучков, 31 фенотипических признаков стебля могут анализироваться автоматически; время средняя вычислений для каждого изображения КТ составляет ~ 30 s. Относительной фенотипические параметры штока будут показаны в таблице 1. Аналогичным образом, 33 фенотипических признаков листа могут быть извлечены, время средняя вычисления ~ 50 s и классификации этих параметров приведены в таблице 2. Список фрагментов изображения выше анализа трубопроводов изображения интегрированы в пакетной обработки для автоматического выполнения. Этот рабочий процесс является эффективным для анализа фенотипические признаки всех сосудистых пучков в изображении весь срез кукурузный стебель и листья. В частности наиболее фенотипических признаков сосудистых пучков, таких как площадь, средняя площадь и отношение площади сосудистых пучков, значительно трудно быть измерена путем ручного измерения.
Потому что metaxylem судов кукурузы корней Показать очевидные морфологические изменения в направлении роста корней, это более ценным для извлечения 3-D структуры metaxylem судов для фенотипического анализа. Выполняются на основании серии изображений КТ кукурузы корня, 3-D сегментации, поверхности реконструкции и визуализация тома. Основываясь на результатах сегментированной, 3-D структурных параметров metaxylem сосудов может автоматически рассчитываться, включая объем, площадь поверхности, площадь поперечного сечения (базальный) и площадь поперечного сечения (дистальной) всего metaxylem судов и каждый один metaxylem судна. Этот рабочий процесс значительно повышает эффективность анализа 3-D фенотипические черта. Результаты сегментации, реконструкции и объем визуализации непосредственно может проявляться пространственных структур сосудов metaxylem кукурузы корня, как показано на рисунке 5.
Рисунок 1 : Различные типы образцов корзины напечатаны с 3-D принтер. (A и B) спираль образца корзина для листьев состоит (A1) Центральный овальный паз и паза окружающие спираль (A2). Ширина паза спираль устанавливается около 4 мм для размещения лист с основных вен. Боковины паз спираль является созданный с (A5) квадратный дренажные отверстия и в нижней части корзины с круговой сливные отверстия (В6). (C и D) Эти две панели показывают Корзина 4 ну пример подходит для ствола, с отверстиями (C1) образца с диаметром 25 мм и в нижней части корзины с (D2) семь дренажные отверстия. (E и F) эти две панели показывают multiwell пример корзины подходит для корня, с (E1) четыре круглые отверстия с диаметром 10 мм, в районе Центральный и (E2) 13 круглые отверстия с диаметром 8 мм, которые расположены вблизи краю корзины. В нижней части корзины образца имеет сливные отверстия с диаметром 1 мм для обеспечения, что крошечные корень ткани не утечки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2 : Скриншоты автоматической обработки изображений программное обеспечение для сосудистых пучков. (A) Эта группа показывает управление данными для импорта изображений КТ из любого каталога файлов и выбрать CT фрагмент изображения для последующей обработки. (B) Эта группа показывает параметры метода определения орган типа КТ фрагмент изображения и настроить соответствующие параметры метода. (C) Эта группа показывает фенотипирование вычислений для выполнения пакетных вычисления КТ фрагмент изображения и показывать ход выполнения. (D) Эта группа показывает статистический анализ, чтобы проверить результаты вычислительного и генерировать фенотипических признаков для всех изображений КТ. (E) Эта группа показывает вычислительные результаты вывода, анализ результатов как файл TXT или CVS. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3 : Рабочего процесса обработки изображений и фенотип вычислений на основе фрагмента изображения КТ. (A) импорта изображения КТ срез стеблей кукурузы. (B) сегмент фрагмента изображения с фиксированной пороговое значение. (C) экстракт весь регион стеблей кукурузы. (D) удалить регионе эпидермиса стеблей кукурузы. (E) треугольных сеток сосудистых пучков. (F) Эта группа показывает кластеризации анализа согласно области сосудистых пучков. (G) Эта группа показывает кластеризации анализа согласно области треугольных сеток. (H) Эта панель показывает, что кластеризации анализ согласно области Вороного сетки. (я) Эта группа показывает окончательные результаты сегментирована сосудистых пучков. (J) Эта группа показывает пространственное распределение сосудистых пучков. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4 : Образы кукурузный стебель, листья и корень многоплоскостным реконструкции (НДР). Левая панель показывает изображение MPR поперечного сечения ствола. Средняя группа показывает изображение MPR сечение листа. Правой панели будет показано изображение MPR корневого сечения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 5 : 3-D визуализации сосудов корень metaxylem. Баров = 0.2 мм. (A и B) эти панели показывают 3-D визуализации корня. (C - F) эти панели показывают 3-D визуализации metaxylem судов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Таблица 1: Микроскопические фенотипических признаков стеблей кукурузы.
Таблица 2: Микроскопические фенотипических признаков листьев кукурузы.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
С успешным применением CT технологии в области биомедицины и материаловедения эта технология постепенно введен в области ботаники и сельского хозяйства, поощрение исследований в науках о жизни растений как перспективных технического инструмента . В конце 1990-х CT технология впервые была использована для изучения морфологических структур и развития корневой системы растений. В последнее десятилетие синхротрона HRCT стал мощный, неразрушающий инструмент для растений биологов и успешно используется для определения структуры ткани винограда сосудистой системы8, структура ткани Arabidopsis лист9 , 10и семя структура изнасилования11. Через синхротрона HRCT большой прогресс был достигнут в изучении структуры и функции сосудистых пучков в древесных растений12,,1314. Однако мало исследований по технологии HRCT для кукурузы, пшеницы, риса и других культур было сделано15. Кукурузы не среднего роста, и ячейка по существу состоит из воды в начальной Меристемы. Хотя свежие образцы могут быть проверены на микро CT без каких-либо предварительной обработки, результаты сканирования являются очень бедными. Основными причинами являются следующие: (1) низкое затухание плотности растительных тканей, что приводит к низкой контрастности в Атомный номер и высокой шума в изображениях; (2) свежий материал как правило обезвоживает и уменьшить период сканирования, как сообщает Du6. По вышеупомянутым причинам стали основных факторов, ограничивающих применение этой технологии в кукурузы, пшеницы, риса и других однодольные.
Здесь мы представляем простой и практический пример подготовки протокола, который не только предотвращает деформацию растительных тканей, но и повышает контраст рентгеновского поглощения. Высокого качества и с высоким разрешением изображения КТ корень, стебель и листья были получены на основе образца подготовка протокола и микро КТ изображений системы, и высокое разрешение было до 2 мкм/пиксель. Таким образом протокол подготовки проб подходит для обычных микро КТ сканирование и предоставляет большие возможности для более широкого применения в ботанике и других наук завод. Этот протокол может быть легко модифицирована для размещения других растительных материалов например, обезвоживания и сушки процедуры, и его настройка параметров также может быть скорректирована согласно конкретным завод материалы для достижения наилучших результатов. В частности этот подход ограничен размер и объем образца завода. Сегмент слишком толстые выборки может привести к неполной сушки или деформации образца. Таким образом этот протокол подготовки проб применяется для небольших растений материалов толщиной не менее 3 см и не намного больше кукурузы материалов, таких как кукуруза уха или коксовой батареи.
Микроскопические фенотипирование технология растительных материалов является одним из горячих тем растений фенотипические исследований в последние годы, и он постепенно становится одним из базовой поддержки технологий для генетической селекции и растений физиологии. Традиционные микроскопического анализа фенотипические растений требуется большое количество сложных образцов препаратов и утомительной ручной операции. Это очень трудоемким и длительным рассчитывать и измерить микроскопические признаки; Результаты также подвержены субъективным ошибкам. Например для количественного определения фенотипические характеристики сосудистых пучков в кукурузный стебель, стволовых образца необходимо быть заливали в парафин и затем нарезанный, витражи и образы. Для цветного фрагмента изображения трудно выполнить изображение автоматизированной обработки благодаря двусмысленное определение границ ячейки; Таким образом ручной идентификации и сегментации являются незаменимым16. Для удовлетворения требований крупномасштабных измерений для анатомические черты стеблей кукурузы, Legland и Heckwolf представил различные методы обработки изображений; Однако структуры сосудистых пучков в кожуры, по-прежнему вызов17,18. Следовательно необходимы анализ изображений высокой пропускной способностью и точная количественная оценка анатомических признаков кукурузы тканей. Здесь, мы предоставляем автоматической обработки изображений программное обеспечение для сосудистых пучков, которые может автоматически извлекать 31 фенотипических признаков сосудистых пучков в ~ 30 s для каждого изображения КТ кукурузный стебель и 33 фенотипических признаков в ~ 50 s для каждого изображения КТ листьев кукурузы. Структура и распределение особенности сосудистых пучков в сечение весь стебли и листья могут автоматически анализируются и количественно. Это программное обеспечение имеет следующие преимущества: (1) он автоматически обрабатывает фрагмент изображения CT кукурузный стебель и лист и извлекает фенотипических признаков сосудистых пучков; (2) оно имеет более высокий уровень признания сосудистых пучков в КТ изображения, особенно для небольших сосудистых пучков на краю; (3) роман графического анализа метод используется для выявления характеристик распределения сосудистых пучков.
Кроме того технология сканирования микро КТ рентгеновские имеет очевидные преимущества в эффективности приобретения изображений и восстановления по сравнению с традиционной реконструкции методы, основанные на парафин раздел изображения19,20 ,21. На основе серии изображений КТ кукурузы корня, схема обработки изображений разработана для извлечения пространственных структур metaxylem судов и успешно используется для объемного измерения микроскопические признаки. Основным ограничением этой схемы является, что 3-D сегментирована результаты зависят от небольшой ручной взаимодействия. В будущем мы стремимся разработать набор программного обеспечения для анализа автоматизированных 3-D изображение для набора данных КТ кукурузы корней для повышения эффективности 3-D сегментации и реконструкции.
В заключение обычные микро КТ сканирование основанные на практический пример подготовки протокола для кукурузы стебля, листьев, и корень построен для получения изображений с высоким разрешением CT. Образец подготовки протокола, здесь не только предотвращает деформацию растительных тканей, но и повышает контраст поглощения рентгеновских. Этот протокол также подходит для других приложений в пшеницы, риса и других однодольные КТ. Пока мы разработали автоматические изображений программное обеспечение для сосудистых пучков, который способен быстро и автоматически извлекать фенотипических признаков сосудистых пучков с одного изображения КТ кукурузный стебель и листья. Основываясь на КТ изображения серии кукурузы корня, схемы обработки изображений успешно настроен для извлечения 3-D фенотипических признаков metaxylem судов. Микроскопические фенотипирование методы растительных материалов на основе рентгеновского микро КТ обеспечивают новые перспективы для точной и быстрой квантификации и идентификации кукурузы сосудистых пучков.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не имеют ничего сообщать.
Acknowledgments
Это исследование было поддержано национального характера науки фонд Китая (No.31671577), Наука и технологии инноваций специальных строительство финансируемые программы из Пекинской Академии сельского хозяйства и лесного хозяйства Sciences(KJCX20180423), исследования Программа развития Китая (2016YFD0300605-01), Пекин фонда естественных наук (5174033), Пекин докторской исследовательский фонд (2016 ZZ-66) и Пекинской Академии сельского и лесного хозяйства наук Грант (KJCX20170404),) JNKYT201604).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Skyscan 1172 X-ray computed tomography system | Bruker Corporation, Belgium | NA | For CT scanning |
| CO2 critical point drying system (Leica CPD300) | Leica Corporation, Germany | NA | For sample drying |
| Ethanol | Any | NA | For FAA fixation |
| Formaldehyde | Any | NA | For FAA fixation |
| Acetic acid | Any | NA | For FAA fixation |
| Surgical blade | Any | NA | For cutting the sample sgements |
| 3D printer | Makerbot replicator 2, MakerBot Industries, USA | NA | For printing the sample baskets of maize root, stem, and leaf |
| Centrifuge tube | Corning, USA | NA | Place the root, stem, or leaf materials |
| Solid iodine | Any | NA | For sample dyeing |
| SkyScan Nrecon software | SkyScan NRecon, Version: 1.6.9.4, Bruker Corporation, Belgium | NA | For image reconstruction |
| VesselParser software | VesselParser, Version: 3.0, National Engineering Research Center for Information Technology in Agriculture (NERCITA), Beijing, China | NA | Image analysis protocol for single CT image of maize stem or leaf |
| ScanIP | ScanIP, Version: 7.0; Simpleware, Exeter, UK | NA | 3D image processing software |
| Latex gloves | Any | NA | |
| Tweezers | Any | NA |
References
- Lucas, W. J., et al. The plant vascular system: evolution, development and functions. Journal of Integrative Plant Biology. 55, 294-388 (2013).
- Gou, L., et al. Effect of population density on stalk lodging resistant mechanism and agronomic characteristics of maize. Acta Agronomica Sinia. 33, 1688-1695 (2007).
- Hu, H., et al. QTL mapping of stalk bending strength in a recombinant inbred line maize population. Theoretical and Applied Genetics. 126, 2257-2266 (2013).
- Wilson, J. R., Mertens, D. R., Hatfield, R. D. Isolates of cell types from sorghum stems: Digestion, cell wall and anatomical characteristics. Journal of the Science of Food and Agriculture. 63, 407-417 (1993).
- Hatfield, R., Wilson, J., Mertens, D. Composition of cell walls isolated from cell types of grain sorghum stems. Journal of the Science of Food and Agriculture. 79, 891-899 (1999).
- Du, J., et al. Micron-scale phenotyping quantification and three-dimensional microstructure reconstruction of vascular bundles within maize stems based on micro-CT scanning. Functional Plant Biology. 44 (1), 10-22 (2016).
- Pan, X., et al. Reconstruction of Maize Roots and Quantitative Analysis of Metaxylem Vessels based on X-ray Micro-Computed Tomography. Canadian Journal of Plant Science. 98 (2), 457-466 (2018).
- McElrone, A. J., Choat, B., Parkinson, D. Y., MacDowell, A. A., Brodersen, C. R. Using high resolution computed tomography to visualize the three dimensional structure and function of plant vasculature. Journal of Visualized Experiments. (74), e50162 (2013).
- Cloetens, P., Mache, R., Schlenker, M., Lerbs-Mache, S. Quantitative phase tomography of Arabidopsis seeds reveals intercellular void network. Proceedings of the National Academy of Sciences of the Unites States of America. 103, 14626-14630 (2006).
- Dorca-Fornell, C., et al. Increased leaf mesophyll porosity following transient retinoblastoma-related protein silencing is revealed by microcomputed tomography imaging and leads to a system-level physiological response to the altered cell division pattern. Plant Journal. 76 (6), 914-929 (2013).
- Verboven, P., et al. Void space inside the developing seed of Brassica napus and the modelling of its function. New Phytologist. 199, 936-947 (2013).
- Brodersen, C. R., Roark, L. C., Pittermann, J. The physiological implications of primary xylem organization in two ferns. Plant, Cell & Environment. 35, 1898-1911 (2012).
- Choat, B., Brodersen, C. R., McElrone, A. J. Synchrotron X-ray microtomography of xylem embolism in Sequoia sempervirens saplings during cycles of drought and recovery. New Phytologist. 205, 1095-1105 (2015).
- Torres-Ruiz, J. M., et al. Direct x-ray microtomography observation confirms the induction of embolism upon xylem cutting under tension. Plant Physiology. 167, 40-43 (2015).
- Staedler, Y. M., Masson, D., Schönenberger, J. Plant tissues in 3D via. x-ray tomography: simple contrasting methods allow high resolution imaging. PLoS One. 8, 75295 (2013).
- Zhang, Y., Legay, S., Barrière, Y., Méchin, V., Legland, D. Color quantification of stained maize stem section describes lignin spatial distribution within the whole stem. Journal of the Science of Food and Agriculture. 61, 3186-3192 (2013).
- Legland, D., Devaux, M. F., Guillon, F. Statistical mapping of maize bundle intensity at the stem scale using spatial normalisation of replicated images. PLoS One. 9 (3), 90673 (2014).
- Heckwolf, S., Heckwolf, M., Kaeppler, S. M., de Leon, N., Spalding, E. P. Image analysis of anatomical traits in stem transections of maize and other grasses. Plant Methods. 11, 26 (2015).
- Wu, H., Jaeger, M., Wang, M., Li, B., Zhang, B. G. Three-dimensional distribution of vessels, passage cells and lateral roots along the root axis of winter wheat (Triticum aestivum). Annals of Botany. 107, 843-853 (2011).
- Chopin, J., Laga, H., Huang, C. Y., Heuer, S., Miklavcic, S. J. RootAnalyzer: A Cross-Section Image Analysis Tool for Automated Characterization of Root Cells and Tissues. PLoS One. 10, 0137655 (2015).
- Passot, S., et al. Characterization of pearl millet root architecture and anatomy reveals three types of lateral roots. Frontiers in Plant Science. 7, 829 (2016).
