Summary
Eine sanfte Touch-Force-Lademaschine wird aus menschlichen Haarbürsten, Roboterarmen und einem Controller gebaut. Die Haarbürsten werden von Roboterarmen angetrieben, die auf der Maschine installiert sind, und bewegen sich periodisch, um Berührungskraft auf Pflanzen anzuwenden. Die Stärke maschinengetriebener Haarberührungen ist vergleichbar mit der von manuell aufgetragenen Berührungen.
Abstract
Pflanzen reagieren sowohl auf intrazelluläre als auch auf extrazelluläre mechanische Stimulationen (oder Kraftsignale) und entwickeln spezielle morphologische Veränderungen, eine sogenannte Thigmomorphogenese. In den vergangenen Jahrzehnten wurden mehrere Signalkomponenten identifiziert und berichtet, dass sie an der Mechanotransduktion beteiligt waren (z. B. Calciumionenbindungsproteine und Jasmonsäure-Biosyntheseenzyme). Das relativ langsame Forschungstempo bei der Untersuchung von Kraftsignalisierung oder Thigmomorphogenese wird jedoch weitgehend auf zwei Gründe zurückgeführt: die Forderung nach mühsamer, von Hand bearbeiteter Berührungsinduktion der Thigmomorphogenese und der Kraftstärkefehler. mit der Handberührung der Menschen verbunden sind. Um die Effizienz der externen Kraftbelastung eines Pflanzenorganismus zu erhöhen, wurde eine automatische Touch-Force-Lademaschine gebaut. Diese roboterarme Haarbürste sorgt für eine arbeitssparende und leicht wiederholbare Touch-Force-Simulation, unbegrenzte Touch-Wiederholungsrunden und einstellbare Berührungsstärke. Diese Haar-Touch-Kraft-Lademaschine kann sowohl für großflächige Screening von Touch-Force-Signalmutanten als auch für die Phänomik-Studie der Pflanzenthigmomorphogenese verwendet werden. Darüber hinaus können Touch-Materialien wie menschliches Haar durch andere natürliche Materialien wie Tierhaare, Seidenfäden und Baumwollfasern ersetzt werden. Die automatisierten beweglichen Arme an der Maschine können mit Wassersprühdüsen und Luftgebläsen ausgestattet werden, um die natürlichen Kräfte von Regentropfen bzw. Wind nachzuahmen. Durch den Einsatz dieser automatischen Haar-Touch-Force-Lademaschine in Kombination mit dem handausgeführten Wattestäbchen-Touch-Touch-Touch haben wir die Berührungsverhalten zweier Kraftsignalmutanten, MAP KINASE KINASE 1 (MKK1) und MKK2-Anlagen, untersucht. . Die Phenome der touchforcegeladenen Wildpflanzen und zwei Mutanten wurden statistisch ausgewertet. Sie weisen erhebliche Unterschiede in der Berührungsverhalten auf.
Introduction
Pflanzenthigmomorphogenese ist ein Begriff, der von Jaffe, MJ im Jahr 19731geprägt wurde. Es ist eine Pflanzentropismus, aber anders als die bekannte Phototropismus oder Gravitropismus durch Reize des Sonnenlichts oder Schwerkraft verursacht2,3. Es beschreibt phänotypische Veränderungen im Zusammenhang mit periodischen mechanischen Stimulationen, die häufig von Botanisten in früheren Zeiten beobachtet wurden4,5. Regentropfen, Wind, Pflanzen, Tier- und Menschliche Berührungen, sogar Tierbisse, gelten alle als verschiedene Arten von Mechano-Stimuli, die die Kraftsignalisierung in Pflanzenauslösen 4,5. Zu den Merkmalen der Pflanzenthigmomorphogenese gehören die Verzögerung der Verschraubung, ein kürzerer Stamm, eine kleinere Rosette/Blattgröße in krautigen Pflanzen und dickerer Stamm in holzigen Pflanzen6,7,8. Dies ist im Gegensatz zu der thigmonastischen oder thigmotropen Reaktion, die oft in der Mimosa-Pflanze oder anderen mechanoempfindlichen Reben gefunden wird, wo diese schnellen Berührungsreaktionen leichter beobachtet werden können1,9,10. Thigmomorphogenese hingegen ist aufgrund ihrer langsamen Wachstumsreaktion relativ schwer zu beobachten. Die Thigmomorphogenese wird in der Regel nach Wochen oder sogar Jahren kontinuierlicher Kraftbelastungsstimulation beobachtet. Diese einzigartige Natur der Reaktion auf die Reaktion auf die Pflanzliche Berührung macht es schwierig, einen vorwärtsgerichteten genetischen Bildschirm mit menschlicher Handberührungsstimulation durchzuführen, um die Berührungskraft signalisierenden resistenten Mutanten auf robuste Weise zu isolieren.
Zur Aufklärung der Kraftsignaltransduktionswege und der molekularen Mechanismen, die der Thigmomorphogenese zugrunde liegen, wurdeninden letzten6 , 12,13,14. Diese Studien haben vorgeschlagen, dass die Pflanzenkraftsignalrezeptoren hauptsächlich aus mechanosensitiven Ionenkanälen (MSC) und den gebundenen MSC-Komplexen bestehen, die aus multimerischen Komplexen membranübergreifender Proteinebestehen 11,14 , 15. Die zytoplasmatische Ca2+ transiente Spitze erzeugt innerhalb von Sekunden nach der ersten Berührung. Wind-, Regen- oder Gravistimulation kann mit den nachgeschalteten Kalziumsensoren interagieren, um die Kraftsignale auf nukleare Ereignisse zu transduzieren14,16,17,18. Neben molekularen und zellulären Studien hat der vorwärtsgenetische Bildschirm mit manueller Fingerberührung von Pflanzen festgestellt, dass Phytohormone und die sekundären Metaboliten an der daraus resultierenden Berührungs-induzierbaren (TCH) Genexpression nach dem Touch-Force-Belastung13,19. Zum Beispiel wurden aos und opr320 Mutanten bisher weit von den genetischen Studien identifiziert. Das Hauptproblem, das mit der Anwendung der Vorwärtsgenetik bei der Untersuchung der Thigmomorphogenese verbunden ist, ist jedoch nach wie vor die intensive Arbeit, die erforderlich ist, um das Niveau der Berührungsreaktion zu quantitieren und eine große Population genetisch mutierter einzelnen Pflanzen. Das zeitaufwändige Problem besteht auch im handberührenden Mutantbildschirm14,20. Um beispielsweise eine Runde der Berührungskraftstimulation abzuschließen, muss eine Person 30-60 Mal (eine Berührung pro Sekunde) an einer einzelnen Pflanze berühren. Um genügend Pflanzen für die statistische Phänotypanalyse zu haben, werden normalerweise 20-50 Einzelpflanzen desselben Genotyps für den Touch-Kraft-Ladevorgang benötigt. Dieses Touch-Force-Laderegime bedeutet, dass eine Person wiederholt 600-3.000 Berührungen auf einem Genotyp der Wahl durchführen muss. Diese Art der Berührung muss normalerweise 3 bis 5 Runden pro Tag wiederholt werden, was etwa 1.800-15.000 Finger- oder Wattestäbchen-Berührungen pro Tag pro Pflanzengeganz entspricht. Eine gut ausgebildete Person ist normalerweise erforderlich, um die Kraft und Kraft von mehreren Berührungen innerhalb eines wünschenswerten Bereichs in vielen Wiederholungsrunden an einem Tag zu halten, um die große Variation in Kraft und Stärke zu vermeiden. Da bekannt ist, dass thigmomorphogenese ein sättigungsfähiger und dosisabhängiger Prozess ist6,21, wird Berührungskraft/Stärke entscheidend für einen Erfolg bei der Auslösung der Berührungsreaktion einer Pflanze.
Um die personenabhängige Berührungskraftbelastung zu entfernen und die mechanische Anwendung innerhalb eines akzeptablen Fehlerbereichs14zu erhalten, haben wir daher eine automatische Touchforce-Lademaschine entwickelt, um die handmanipulierten Berührungen zu ersetzen. Die Maschine hat 4 bewegliche Arme gebaut, von denen jeder mit einer menschlichen Haarbürste ausgestattet ist. Diese Version heißt Model K1, um seine Funktion der menschlichen Haar-Touch-Force-Belastung anzugeben. Wenn 4 Genotypen quantitativ auf ihre Thigmomorphogenese oder Berührungsreaktion unter einer Maschine gemessen werden, können 40-48 Individuen pro Genotyp gemessen werden. Jede Touch-Wiederholungsrunde (weniger als 60 Mal Touch pro Pflanze) dauert weniger als 5 Minuten mit einem mit einer Geschwindigkeit einstellbaren Roboterarm. So können Anlagen einer Touch-Maschine des Typs K1 für mehrere Runden pro Tag mechanisch stimuliert werden, entweder mit einer konstanten Touch-Kraft-Belastung oder unterschiedlichen Stärken, wie zunächst programmiert.
Arabidopsis thaliana, ein Modellpflanzenorganismus, wurde daher als Zielpflanzenart für die Prüfung der vollautomatischen Haar-Touch-Force-Lademaschine ausgewählt. Da es mehrere große Saatbänke gibt, um die verschiedenen Keimplasmen von Mutanten und die Größe der Blüte zu bergen, passt Arabidopsis gut zu dem Platz, der im Wachstumsregal mit der Touch-Maschine Model K1 montiert ist.
Die automatische Touch-Maschine des Typs K1 besteht aus drei Hauptkomponenten: (1) dem H-förmigen Metallgestell aus zwei riemengetriebenen Linearantrieben, (2) Roboter-Metallarmen mit Haarbürsten und (3) einem Controller. Bei einer kundenspezifischen Touch-Maschine des Modells K1 besteht jedes X/Y-Achsenmodul aus einer riemengetriebenen Führungsschiene, zwei Gleitblöcken (rot) und einem 57 Schrittmotor (vorinstalliert und demontierbar) (Abbildung1A,B). Der obere horizontale Aktuator ermöglicht es dem Roboter-Metallarm, sich horizontal nach links und rechts zu bewegen, der untere vertikale, riemengetriebene Linearantrieb ermöglicht es dem Roboter-Metallarm, sich vertikal nach oben und unten zu bewegen (Abbildung 1B, Abbildung 2A ). Auf dem vertikalen Aktuator wurden vier abnehmbare Roboterarme installiert (Abbildung 1C, Abbildung 2B). Vier menschliche Haarbürsten waren an vier Roboterarme gebunden (Abbildung 1C, Abbildung 2B). Alle mechanischen Teile, um die Touch-Maschine Model K1 in fett gedruckter Schrift zu konstruieren, sind in Abbildung 1C (siehe Tabelle der Materialien) gekennzeichnet.
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Protocol
1. Saatgutzubereitung
HINWEIS: Arabidopsis Samen sowohl wildartigen Typs (Col-0) als auch mkk1 und mkk2 Verlust-der-Funktion-Mutanten verwendet wurden aus dem Arabidopsis Biological Resource Center (ABRC, https://www.arabidopsis.org, Columbus, OH) gekauft.
- Berechnen Sie, wie viele Pflanzenindividuen jedes Genotyps für eine zuverlässige statistische Analyse verwendet werden. Bereiten Sie eine ausreichende Anzahl von Samen basierend auf der Keimrate jeder Linie vor, in der Regel 4-5 mal mehr als das, was für ein Experiment benötigt wird. Stellen Sie sicher, dass genügend gesunde und gleichmäßig esized Pflanzen für den Touch-Response-Assay verwendet werden können. Nach diesem Protokoll werden 300-500 Samen pro Genotyp in der Regel verwendet, um 80-90 Pflanzen ähnlicher Größe zu produzieren.
- Samen in kaltes Wasser eintauchen und in 4 °C (mit Aluminiumfolie bedeckt, um sie im Dunkeln zu halten) für die Samenimbibition aufbewahren. Säen Sie die Samen 5-7 Tage nach der Imbibition.
2. Pflanzenwachstum
- Wählen Sie den geeigneten Boden für das Pflanzenwachstum (siehe Materialtabelle). Große Klumpen vermeiden und homogen mischen.
- Bereiten Sie 24 Kunststoffbecher vor: die Haltekapazität beträgt 207 ml und der obere Felgendurchmesser beträgt 7,4 cm. Bohren Sie drei runde Löcher an der Unterseite eines Bechers für Bewässerungszwecke.
- Füllen Sie diese Plastikbecher mit dem gemischten Boden. Lassen Sie den Boden bis zu 1-2 cm höher als der Becherrand anhäufen und glätten Sie die Oberfläche des gestapelten Bodens weich.
- Übertragen Sie 24 Tassen in ein Kunststofffach (21 Zoll x 10,8 Zoll x 2,5 Zoll) und legen Sie das Fach unter konstanten Lichtbedingungen (siehe unten).
- Fügen Sie 2,5 L Wasser in jede Schale zwei Stunden vor der Aussaat. Lassen Sie den Boden das Wasser aus Löchern an den Böden der Tassen zu absorbieren und warten, bis die Oberfläche des Bodens auf den Becherrandniveau fallen.
- 3-4 Samen in einen einzigen Punkt säen und 4 gleichmäßig verteilte Flecken innerhalb einer Tasse.
- Legen Sie eine transparente Kunststoffabdeckung über jedes Tablett und lassen Sie die Samen für eine Woche keimen. Entfernen Sie dann die Abdeckung und lassen Sie sämlinge für eine weitere Woche wachsen.
- Entfernen Sie zusätzliche Pflanzen durch Ausdünnung und halten Sie 4 Pflanzenpersonen ähnlicher Größe in jeder Tasse 9-10 Tage nach der Aussaat.
- Bewässern Sie Pflanzen mit 1,5 l Wasser jeden zweiten Tag nach dem Keimen der Samen.
3. Wachstumszustand
- Stellen Sie die Temperatur der Wachstumskammer auf 23,5 °C und die Luftfeuchtigkeit zwischen 35 und 45 % ein.
- Stellen Sie die Lichtintensität zwischen 180 und 240 -e-2s-1 (gemessen mit dem Forschungsradiometer IL 1700, International Light)14ein. Die photosynthetische aktive Strahlung liegt zwischen 90 und 120 .E-2s-1.
- Stellen Sie den Lichtzustand auf 24 h konstant ein.
4. Der Bau einer Touch-Force-Lademaschine
HINWEIS: Diese Roboter-Haar-Touch-Force-Lademaschine (Modell K1) wurde entwickelt, um sowohl für die Berührungskraftsignalisierung Mutantensiebung und Pflanzenthigmomorphogenese Erzeugung zu dienen (Abbildung 1, Abbildung 2).
- Vorinstallationsmodule (demontierbar, Abbildung 1C)
- Installieren Sie zwei Schiebeblöcke (I) und einen 57 Schrittmotor (II) auf das X/Y-Achsenführungs-Schienenmodul (III/V).
- Installieren Sie zwei Schiebeblöcke (I) auf den X/Y-Achsen-Hilfsträger (IV/VI).
- Einbau weiterer mechanischer Teile (Abbildung 1C)
- Fixieren Sie das X-Achsen-Führungs-Schienenmodul (III) und den X-Achsen-Hilfsträger (IV) durch Zusammenbau von zwei Anschlussplatten (VII) an jedem Ende der Führungsschiene.
- Fixieren Sie das Y-Achsen-Führungs-Schienenmodul (V) auf den Rücken von zwei Gleitblöcken (X-Achse) in einer Kreuzungsposition, indem Sie zwei Anschlussplatten (VIII) dazwischen montieren.
- Befestigen Sie den Y-Achsen-Hilfsträger (VI) auf dem Dorsal der beiden anderen Gleitblöcke (X-Achse) in einer Kreuzungsposition, indem Sie zwei Anschlussplatten (VIII) dazwischen montieren.
- Montieren Sie den Halter der Roboterarme (IX) auf der Vorderseite von zwei Gleitblöcken (Y-Achse) in einer Kreuzungsposition mit einer Anschlussplatte (Abbildung 2A).
- Montieren Sie 4 Haarbürsten (X) auf Roboterarme (IX) mit Klemmen (Abbildung 2B).
5. Touch-Force Lademaschineneinstellung
HINWEIS: Alle Steuernden, um die Touch-Maschine Model K1 in fett formatierter Schrift unten einzustellen, sind im Bedienfeld (Abbildung2F)dargestellt.
- Installieren Sie Touch Haarbürsten auf die Roboterarme. Verwenden Sie ein 330 mm langes Stahllineal als Halter, um eine Schicht menschlichen Haares (3.600-4.600 Haare/Pinsel) gleichmäßig zu fixieren. Die Länge der Haare ist 126 mm (Abbildung 1C).
- Fixieren Sie diese Stahllineale mit zwei Metallklemmen auf die Roboterarme.
- Legen Sie zuerst die Höhe der Maschinenarme entlang der vertikalen Bemaßung (Y-Achse) fest. Drücken Sie Jog F+, um die Roboterarme und -bürsten zu erhöhen und zu jog R- zu senken. Lassen Sie die Spitze der Haarbürsten 0,5 cm niedriger als die Tassenfelge. Drücken Sie den ZERO-Satz. Führen Sie die Maschine 1-2 Zyklen vor, um sicherzustellen, dass alle Pflanzenpersonen berührt werden. Passen Sie die Bürsten und Haarspitzen während der gesamten Berührungszeit jeden Tag auf die gleiche Höhe an und kalibrieren Sie sie.
- Verwenden Sie eine elektronische Waage, um die Berührungskraft (vertikale Belastung) zu messen und den Berührungskraftpegel bei 1-2 mN14zu halten.
- Legen Sie die Startposition von Maschinenarmen entlang der horizontalen Bemaßung (X-Achse) manuell fest. Lassen Sie die Haarbürsten am Rand jedes Tabletts hängen und stellen Sie sicher, dass keine Pflanze berührt wird, bevor das berührende Experiment beginnt. Drücken Sie Jog F+/Jog R-, um den Maschinenarm nach und nach horizontal zu bewegen, um die Startposition einzustellen.
- Stellen Sie den Wanderabstand der Haarbürste in der horizontalen Dimension (X-Achse) auf 365 mm ein, indem Sie die Travel-Taste drücken. Press Inc. F+/Inc. R- um die Maschinenarme zu bewegen, um eine volle Fahrstrecke zu erhalten und sicherzustellen, dass alle behandelten Pflanzen während des gesamten Berührungsexperiments berührt werden.
- Stellen Sie die Bewegungsgeschwindigkeit entlang der X-Achse der Maschinenarme auf 5.000 mm/min ein, indem Sie die Auto Speed-Taste drücken. Halten Sie die gleiche Bewegungsgeschwindigkeit während des gesamten berührenden Experiments.
- Stellen Sie die Touch-Zeit auf 20 Versuche ein, indem Sie die Minor Cycle-Taste drücken. Behalten Sie während des gesamten Berührensexperiments die gleiche Anzahl von Berührungen pro Runde bei.
HINWEIS: Ein Kleiner Zyklus entspricht zwei Verfahrstrecken, was bedeutet, dass sich Maschinenarme von der Startposition zur Endposition und dann zurück zur Startposition bewegen. Ein kleiner Zyklus erzeugt zwei Berührungen. Haarbürsten berühren Pflanzen 40 Mal innerhalb von 20 Versuchen (2 Berührungen x 20 Versuche = 40 Berührungen). Der 40-Touch ist als eine Runde Touch-Force-Beladung definiert. - Stellen Sie das Wiederholungsintervall der Touch-Runde auf 480 min pro Tag ein, indem Sie die Taste Hauptperiode drücken. Halten Sie die gleiche Frequenz von Berührungsrunden während eines ganzen berührenden Experiments.
HINWEIS: Dies ermöglicht Haarbürsten, Pflanzen für 3 Runden pro Tag zu berühren, und die Intervallzeit zwischen jeder Runde beträgt 480 min (8 h). Die angezeigte blaue Zahl steht für die Intervallzeit jeder Touch-Runde. Die Maschine startet automatisch eine neue Touch-Runde, wenn sich der Countdown unten (rote Zahl) auf 0000 dreht. - Stellen Sie den Hauptzyklus auf 12 Versuche ein, was bedeutet, dass die Maschine Anlagen für 12 Runden innerhalb eines Zeitraums von 4 Tagen automatisch berührt. Diese Einstellung von 12 Versuchen wird verwendet, um menschliches Versagen beim Überspringen eines Berührenstages zu vermeiden.
- Drücken Sie die Starttaste, um das voreingestellte Programm zu initiieren. Die Touch-Maschine Des Model K1 führt die Touchkraft-Beladung automatisch entsprechend den Einstellungen durch.
6. Physiologische Datenerfassung und -analyse
-
Tage bis zum Bolzen: Zeichnen Sie den Bolzentag jeder Pflanze einzeln in einem berührenden Experiment auf. Schrauben ist ein Symbol dafür, dass eine Pflanze ihre Wachstumsphase von der vegetativen Phase zur Fortpflanzungsphase ändert. In Arabidopsis ist der Verschraubungstag definiert als die Anzahl der Tage, die von einer Pflanze verwendet werden, um ihren ersten Blütenstandstamm in der Länge von 1 cm zu erreichen.
HINWEIS: Unter der oben beschriebenen Wachstumsbedingung beginnt das Verschrauben von Wildpflanzen normalerweise 19 bis 23 Tage nach der Aussaat des Saatguts und endet bei 28-32 Tagen. -
Rosette Radius: Messen Sie den Abstand vom Rosettenzentrum bis zur Spitze des längsten Blattes.
- Nehmen Sie Fotos des gesamten Tabletts von oben auf. Nehmen Sie die Kontrollgruppe und die berührungsbehandelte Gruppe separat auf.
- Laden Sie die entsprechende Software herunter. Nutzen Sie beispielsweise die kostenlose heruntergeladene Software ImageJ (https://imagej.nih.gov/ij/download.html).
- Öffnen Sie eine Fotodatei, verwenden Sie die Zoomfunktion, um das Foto in eine entsprechende Größe zu zoomen.
- Wählen Sie das gerade Werkzeug, um eine gerade Linie zwischen der Rosette Mitte und Spitze eines längsten Blattes zu zeichnen, um den Rosettenradius zu messen.
- Wählen Sie eine Pflanze aus und drücken Sie die linke Taste, um eine gerade Linie vom Rosettenzentrum zur längsten Blattspitze zu zeichnen.
- Wählen Sie die Funktion Analyze-Measure aus, oder drücken Sie Strg + M, um den Linienabstand zu analysieren.
- Wählen Sie eine Tasse aus, und wiederholen Sie die beiden vorherigen Schritte, um den Durchmesser jedes Kunststoffbechers gleichzeitig zu analysieren. Verwenden Sie diese Daten, um die Berechnung durchzuführen, um die Verzerrungen zu beseitigen, die sich aus der Fotoaufnahme ergeben.
ANMERKUNG: Die Gleichung lautet:
Ra/Da = Rm/Dm
(Ra, der tatsächliche Rosette-Radius einer Pflanze; Da, der tatsächliche Durchmesser der Kunststofftasse; Rm, der gemessene Rosette Radius der gleichen Anlage durch eine Software bestimmt; Dm, der gemessene Durchmesser des Kunststoffbechers, der für den Anbau der gleichen Pflanze verwendet wird)
-
RosetteBereich: Messen Sie die horizontale 2-dimensionale Oberfläche von Rosettenblättern.
- Entfernen Sie den Blütenstand, ohne den Rest der Rosettenorgane zu beeinträchtigen.
- Machen Sie Fotos von der Spitze jeder Pflanze zusammen mit einem Maßstab Lineal in der Nähe platziert.
- Verwenden Sie ein kostenloses Plugin von ImageJ, Rosette Tracker und folgen Sie dem Protokoll veröffentlicht zuvor22.
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Representative Results
Die automatische Haar-Touch-Force-Lademaschine
Für die Beobachtung morphologischer Veränderungen an Pflanzen sind sowohl die reproduzierbaren Wachstumsbedingungen als auch die Behandlungsmethoden der Schlüssel, um wiederholbare Ergebnisse zu erzielen. Diese hochdurchsatz- und automatische Touch-Kraft-Signalisierungs-Mutationwirdik wird durch die neu gebaute Haar-Touch-Kraft-Lademaschine, Modell K1 (Abbildung 1, Abbildung 2), erreicht. Diese Haarbürsten können maximal 4 Schalen Pflanzen gleichzeitig berühren. Es gab 24 Tassen in einem Tablett platziert, und 12 Tassen Pflanzen in einer Gruppe als Kontrolle und die behandelten Pflanzen verwendet (Abbildung 2C,D). In jeder Tasse wurden vier Pflanzen angebaut und insgesamt 48 oder weniger Pflanzenindividuen wurden von derselben Haarbürste berührt, was genügend Pflanzen für eine spätere statistische Analyse garantiert. Maximal 4 Genotypen von Pflanzen können gleichzeitig auf einer Touch-Maschine des Modells K1 touchbehandelt werden. Einer der wichtigsten Punkte ist die Einstellung der Touch-Maschine Arm / Haarhöhe, weil Thigmomorphogenese ist dosisabhängig6,21. Unterschiedliche Haarpositionen in Bezug auf die Pflanze Rosette Blatt Position erzeugen unterschiedliche Berührungskräfte, die völlig unterschiedliche Thigmomorphogenese Ergebnisse erzeugen können. In unseren Experimenten sollte die pflanzenberührende Spitze der Haare 0,5 cm niedriger als die Becherfelge platziert werden (Abbildung 2E), die Kräfte erzeugt, die der zuvor veröffentlichten Berührungskraft14ähneln. Zur Steuerung der gesamten Touchforce-Lademaschine wird ein programmierbarer Controller verwendet, der in einem Touchpanel installiert ist (Abbildung2F, siehe Tabelle der Materialien).
Der Vergleich zweier unterschiedlicher Berührungsmethoden
Um diese automatische maschinengesteuerte Haarmethode mit der herkömmlichen manuellen Wattestäbchen-Berührungsmethode zu vergleichen, wurden zwei unabhängige Experimente an Col-0 durchgeführt (Abbildung 3). In der Wattestäbchen-Touch-Gruppe begann das Berühren von 12 Tage alten Pflanzen. Jede Runde hatte 40 Berührungen (1 Berührung/s). Insgesamt wurden täglich 3 Runden durchgeführt (Abbildung 3A). Es zeigte 1,7 Tage Verzögerung beim Verschrauben nach einer kontinuierlichen Wattestäbchen-Berührungsbehandlung (22,1 x 0,2 Tage vs. 23,8 x 0,2 Tage). Ebenso wurde für die automatische maschinengesteuerte Haarberührung die touch-force-Belastung, die von 14 Tage alten Anlagen initiiert wurde, und 40-mal (innerhalb von 3 min) für eine Runde angewendet. Insgesamt wurden 3 Berührungsrunden pro Tag mit genau 8 Stunden Intervall durchgeführt (Abbildung 3B). Bei Col-0-Anlagen wurde eine verzögerte Verschraubung beobachtet. Die durchschnittliche Verschraubungszeit betrug 23,0 x 0,3 Tage, während die Verschraubungszeit der mit der Maschine behandelten Anlagen des Typs K1 24,7 x 0,2 Tage betrug. Die Unterschiede zwischen Kontroll- und Berührungspflanzen wurden daher mit dem univariaten Cox-Proportionalhazards-Modell analysiert. Es bot das geschätzte Hazard Ratio (HR) von 0,31 (Baumwollabstrich-Touch) bzw. 0,52 (maschinengetriebene Haarberührung) bzw. (Abbildung 3C), was bedeutet, dass das Verschraubungsrisiko/die Wahrscheinlichkeit von Pflanzen in der berührten Gruppe 31 % bzw. 52 % im Vergleich zu Anlagen in der Kontrollgruppe. Dies deutet darauf hin, dass die Möglichkeit des Verschraubens der berührten Wildpflanzen etwa halb so lang ist wie bei den unberührten Kontrollpflanzen, unabhängig davon, ob es sich um eine manuelle Berührung mit einem Wattestäbchen oder die automatisierte Haarberührung handelt.
Die prospektiven Ergebnisse zu verschiedenen Berührungsmutanten
Jüngste vorläufige Daten legten nahe, dass MKK1 und MKK2 eine wichtige Rolle bei der Berührungsreaktion von Arabidopsis14spielen könnten. Wir wählten diese beiden Mutanten aus und führten Berührungsexperimente an diesen vermeintlichen Berührungsreaktionsmutationen mit der automatischen Haar-Touch-Kraft-Lademaschine durch (Abbildung 4,Tabelle 1). Die Wildtyp-Kontrollpflanzen wiesen 1,8 Tage Verschraubungsverzögerung auf (24,1 x 0,3 Tage vs. 25,9 x 0,2 Tage, Abbildung 4 A ), während diese Verschraubungsverzögerung bei T-DNA-Insertionsmutanten nicht beobachtet wurde, mkk1 (24,6 x 0,2 Tage, Abbildung 4A),während diese Verschraubungsverzögerung bei T-DNA-Insertionsmutanten nicht beobachtet wurde, mkk1 (24,6 x 0,2 Tage). Tage vs. 24,4 bis 0,3 Tage, Abbildung 4B und Tabelle 1) und mkk2 (23,9 x 0,1 Tage vs. 24,2 - 0,2 Tage, Abbildung 4C und Tabelle 1). Durch die Analyse dieser Daten mit dem univariaten Cox-Proportionalhazards-Modell zeigte nur der Wildtyp Col-0 einen signifikanten Unterschied zwischen kontrollierten und berührten Pflanzen mit einem geschätzten HR von 0,41 (Abbildung 4D). Diese Touch-Force-Ladeexperimente der automatischen Haar-Touch-Kraft-Lademaschine zeigten, dass mkk1- und mkk2-Mutanten Berührungsreaktionsmutationen sind.
Die Messung anderer morphologischer Indizes
Morphologische Veränderungen im Zusammenhang mit der Thigmomorphogenese sind nicht auf die Verzögerung der Verschraubung beschränkt. Sowohl kürzere Stamm und kleinere Rosette Blatt Größe sind auch die Komponenten der Thigmomorphogenese6,7,9,14. Daher berichteten wir hier zwei zusätzliche Arten von Messungen an morphologischen Indizes der Berührungsreaktion, RosetteRadius/Blattlänge und Rosette (projiziert) Fläche (Abbildung 5). Ähnlich wie bei der zuvor beobachteten Phänotypänderung zeigte die Wildpflanze Col-0 nach 3 Tagen konstanter und sich wiederholender maschinell erhabener Haarberührung (1,77 x 0,05 cm vs. 1,50 x 0,04) deutlich kleineren Rosettenradius und kürzere Blattlänge. cm, Abbildung 5A). Der projizierte Rosettenbereich wurde nach 13 Tagen Berührung von 20,32 x 0,53 cm2 auf 16,19 x 0,48 cm2 geändert (Abbildung5B). Sowohl mkk1 als auch mkk2 hatten den ähnlich reduzierten Rosettenradius und die gleiche Fläche. Zusammengenommen zeigten diese Daten, dass MKK1- und MKK2-Proteine für die Verschraubungsverzögerung von Arabidopsis wichtig sind und nicht bei der Gestaltung der Rosettengröße und des Rosettenbereichs erforderlich sind.
Statistische Analyse
Was die in Abbildung 2 und Abbildung 3 dargestellten Box- und Schnurrhaare und die in Abbildung 5dargestellten Säulendiagramme betrifft, so wurde die statistische Signifikanz durch den t-Test der zweischwänzigen Schüler analysiert, wobei die Signifikanz durch *** und n.s. bei p dargestellt wurde. < 0,001 bzw. p > 0,05. Für die kaplan-Meier-Plots in Abbildung 2 und Abbildung 3wurde eine univariate Cox-Gefahrenanalyse verwendet, um die Wirkung der Berührungsbehandlung auf das Verschraubungsereignis23,24zu analysieren. Das Hazard Ratio (HR), 95% Confidence Interval (95% CI) und p value werden in den folgenden Tabellen angeboten. Hr = 0,5 bedeutet beispielsweise, dass an einem bestimmten Tag das Verschraubungsrisiko/die Wahrscheinlichkeit von Pflanzen in der berührten Gruppe 0,5 oder 50 % im Vergleich zu den Pflanzen in der Kontrollgruppe betrug.
Abbildung 1 . Die Konstruktion und die Parameter der automatischen Haar-Touch-Force-Lademaschine. (A) Standardschemata des Linearaktors. Die obere linke Ansicht ist die seitliche Ansicht und die untere linke Ansicht ist die dorsale Ansicht. Die Gesamtlängen des X-Achsenmoduls und des Y-Achsenmoduls betragen 843 mm bzw. 1.038 mm. Jedes Standard-X/Y-Modul besteht aus einer Führungsschiene, einem Schiebeblock und einem 57-Schrittmotor (vorinstalliert und demontierbar). Bei einer kundenspezifischen Touch-Maschine des Modells K1 besteht jedes X/Y-Modul aus zwei Gleitblöcken (rot). Die Anschlussplatte des X-Moduls ist von 56 mm auf 100 mm vergrößert, um eine bessere Verbindung und Unterstützung zu bieten. Die obere rechte Platte ist der Querschnitt der Führungsschiene und die untere rechte Platte ist der Schrittmotor 57. (B) Schemata der konstruierten Doppel-X-Achse und Doppel-Y-Achsen-Linearantriebe. Dies ist der Hauptteil der Touch-Force-Lademaschine. Die untere linke Seite ist die dorsale Ansicht konstruierter Linearantriebe. Der obere linke Bereich ist die seitliche Ansicht des X-Achsenmoduls (843 mm). Die mittlere Platte ist die seitliche Ansicht des Y-Achsenmoduls (1.038 mm). Das obere rechte Panel ist die dorsale Ansicht von 4 Schiebeblöcken auf dem Y-Modul und Y-Hilfsträger. Die untere rechte Seite ist die dorsale Ansicht der Anschlussplatte am X-Modul. (C) Das Flussdiagramm der Maschinenteilmontage. Verschiedene Teile sind in der Abbildung markiert und benannt. Detaillierte Montageprozesse wurden im Protokoll beschrieben. Das angezeigte Gerät ist diese Abbildung ist mm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2 . Das Gesamtdesign der automatischen Haar-Touch-Force-Lademaschine. (A) Die fertige Touch-Maschine Des Typ K1. Das Foto wurde von der Vorderseite aufgenommen. Der obere Linearantrieb steuert den Roboterarm, der sich horizontal bewegt, und der untere Linearantrieb steuert den Roboterarm, der sich vertikal bewegt. (B) Die seitliche Ansicht zeigt abnehmbare Roboterarme. Haarbürsten wurden auf die Roboterarme geklemmt. (C und D) Fotos, die zeigen, wie menschliche Haare die Pflanzen berühren, die jeweils von der Vorderseite bzw. von der Seitenseite aufgenommen wurden. (E) Die seitliche Ansicht zeigt, wie man die Höhe der Haarbürste gegen den Becherrand setzt. Sowohl die Maschinenarme als auch die Haarbürsten sind sichtbar. (F) Die Bedienoberfläche der Touch-Maschine Model K1. Zur Steuerung der gesamten Maschine wird ein programmierbarer Controller (AFPX-C30T) verwendet, der mit einem Touchpanel (MT6070i) verbunden ist. Detaillierte Einstellungen und Betriebsabläufe werden im Protokoll beschrieben. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3 . Vergleich der Auswirkungen von zwei Berührungsmethoden auf die Thigmomorphogenese. (A-B) Der Vergleich von manueller Wattestäbchen-Berührung (A) und menschlicher Haarberührung, die von der automatischen Touch-Force-Lademaschine (B )angetrieben wird. Kasten- und Schnurrhaare werden im linken Bereich angezeigt, die den Vergleich des durchschnittlichen Schraubentages zwischen der Kontrollgruppe und der berührten Gruppe anzeigen. Es werden Mittel mit sE angezeigt. Die statistische Analyse wurde durch einen Schüler-T-Test durchgeführt. Signifikanz bei p < 0.001 wird als *** angezeigt. Kaplan-Meier-Plots werden in der Mitte dargestellt, d.h. der Prozentsatz der Verschraubungsanlagen über die Wachstumszeit (Tage nach der Aussaat). Das rechte Panel zeigt repräsentative Individuen von unberührter Kontrolle und berührten Pflanzen, die den Unterschied in der Verschraubungszeit und DerBlütenstand-Stielhöhe zeigen. (C) Die zusammengefasste Tabelle: Die numerischen Zahlen in der Steuerung und die berührten Spalten sind die Pflanzennummer, die für die statistische Analyse verwendet wird. Das Hazard Ratio (HR), 95% Konfidenzintervall (95% CI) und p-Wert unter dem Abschnitt der univariaten Cox-Gefahrenanalyse werden angeboten. Das Verschraubungsrisiko und die Wahrscheinlichkeit von Pflanzen in der berührten Gruppe betrugen 31 % bzw. 52 % im Vergleich zur unberührten Gruppe. Die univariate Cox-Gefahrenanalyse wurde von SPSS geschätzt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 4 . Die Thigmomorphogenese von mkk1 und mkk2 Mutanten sowie die Wildpflanze (Col-0) induziert durch die automatische Haarberührung. (A-C) Die prospektive Berührungsreaktion von Col-0 (A), mkk1 (B) und mkk2 (C) erzeugt durch Wiederholung menschlicher Haarberührungen, die von der automatischen Touch-Force-Lademaschine angetrieben werden. Box- und Schnurrhaare werden im linken Bereich angezeigt, die den Vergleich des durchschnittlichen Schraubentages zwischen der Kontrollgruppe und der berührten Gruppe darstellen. Es werden Mittel mit sE angezeigt. Die statistische Analyse wurde durch einen Schüler-T-Test durchgeführt. Die *** und n.s. stellen p < 0,001 bzw. p > 0,05dar. Kaplan-Meier-Plots werden in der Mitte dargestellt, d.h. der Prozentsatz der Verschraubungsanlagen während der Wachstumsperiode (Tage nach der Aussaat). Das rechte Panel zeigt repräsentative Individuen der unberührten Steuerung und der berührten Pflanzen, die den Verschraubungsunterschied zeigen. Die Daten von mkk1 (B) und mkk2 (C) wurden aus zwei bzw. drei biologischen Repliken zusammengestellt. Detaillierte Anlagennummern, die in jeder Replikation verwendet werden, sind in Tabelle 1dargestellt. (D) Die zusammengefasste Tabelle: Die unter Kontrolle befindlichen Zahlen und Berührungssäulen waren die Instandederzahl, die in diesen beiden Gruppen verwendet bzw. analysiert wurde. Es wurden hr, 95% CI und p-Wert im Abschnitt der univariaten Cox-Gefahrenanalyse angeboten. Das Verschraubungsrisiko/die Wahrscheinlichkeit von Wildpflanzen in der berührten Gruppe beträgt 41 % im Vergleich zur Kontrollgruppe. Die univariate Cox-Gefahrenanalyse wurde von SPSS geschätzt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 5 . Der Rosettenradius und die Flächenmessung zur Definition der Thigmomorphogenese. (A-B) Der Rosettenradius und die Rosettefläche der Wildsorte wurden an Tag 17 bzw. Tag 27 nach der Aussaat gemessen. Balken im oberen linken Bereich sind die Vergleiche des Rosettenradius oder des Rosettenbereichs zwischen der Kontrollgruppe bzw. der berührten Gruppe. Es werden Mittel mit sE angezeigt. Statistische Auswertungen wurden durch den t-Test des Schülers durchgeführt; p < 0,001. Fotos, die im oberen rechten Bereich gezeigt werden, sind repräsentative einzelweise Pflanzen. Die nachstehenden zusammengefassten Tabellen zeigen die in der Steuerungsgruppe analysierte Werksnummer und die berührte Gruppe. Sowohl der Rosettenradius (cm) an Tag 17 als auch der Rosettebereich (cm2) an Tag 27 werden ebenfalls angezeigt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Tabelle 1. Die Verschraubungsdaten verschiedener biologischer Replikationen. Die zusammengefasste Tabelle enthält zwei biologische Replikationen von mkk1 und drei biologische Replikationen von mkk2.
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Discussion
Thigmomorphogenese ist eine komplexe Reaktion auf mechanische Störungen, die ein Netzwerk von zellulärer Signalisierung und Wirkung von Phytohormonen beinhaltet. Es ist eine Folge der adaptiven Evolution der Pflanzen, um unter den unerwünschten Umweltbedingungen zu überleben25,26. Mechanische Berührung, vor allem menschliche Fingerberührung und handgehaltene Wattestäbchen Berührung, wurden ausgewählt, um diese morphologischen Veränderungen in zuvor thigmomorphogenetischen Studien zu studieren14,20. Diese vereinfachte Version der Touch-Force-Beladung, um die Reaktion auf die Reaktion der Anlage auszulösen, ist einfacher zu steuern und anzuwenden. Darüber hinaus kann diese Art der Touch-Kraft-Lademethode in gewisser Weise die wind- und regentropfenstimulierten Kraftsignale imitieren, die in der natürlichen Umgebung erzeugt werden19. Die Berührungskraft ist in der Lage, Kalziumspitzen auszulösen, Proteinphosphorylierung14 und die nachgeschaltete Genexpression zu induzieren, die Touch-Response19vermittelt. In ähnlicher Weise können menschliche Haarbürsten, die auf automatisierten beweglichen Armen montiert sind, auch die Reaktion auf die Berührung der Pflanze erzeugen, indem sie die von Hand manipulierten Berührungen des Menschen imitieren. Zur Diversifizierung der Kraftanwendungsarten können auch Wasserstreudüsen und/oder Windgebläse auf die Roboterarme der Maschine eingebaut und für ein physiologisches Experiment verwendet werden (Abbildung 2). Das einzigartige Merkmal macht die automatische mechanische Lademaschine vielseitiger in den morphogenetischen und physiologischen Studien. Der größte Vorteil dieser automatischen mechanischen Lademaschine ist wahrscheinlich ihre arbeitsfreie, wiederholbare und zeitsparende Funktion, die es ermöglicht, eine spezifische mutierte Phänotypauswahl aus einer großen Anzahl von mutagenisierten Individuen durchzuführen. Im Gegensatz zu stundenlangen menschlichen handmanipulierten Berührungen kann die Touch-Maschine des Model K1 verschiedene Mutanten gleichzeitig berühren und innerhalb von 3 bis 5 min eine Berührungsrunde abschließen. Der Zeitrahmen für eine Berührungsrunde hängt weitgehend von der Programmeinstellung zu Beginn der Behandlung ab. Wenn jede einzelne Anlage 40 Mal in einer Runde berührt würde, würde die Maschine des Modells K1 nur 9-15 min benötigen, um drei Runden Der Touch-Behandlung innerhalb eines Tages zu beenden. Die Intervallzeit zwischen den einzelnen Berührungsrunden kann präzise gesteuert werden; es ist weniger wahrscheinlich, dass Menschen eine solche Präzision erreichen.
Ein weiteres wichtiges Thema in Bezug auf die Berührungsbehandlung ist, auf welches Stadium des Pflanzenwachstums die Berührungskraft angewendet werden muss. In unserer Praxis begann das Berühren 14 Tage nach der Aussaat sowohl für den wilden Typ als auch für zwei Mutanten, da die Wachstumsraten dieser drei Genotypen ähnlich sind. Für Mutanten, die einen signifikanten Unterschied in der Entwicklungszeit vom wilden Typ haben, kann man einen anderen Anfangstag wählen, um mit dem Berühren zu beginnen. Die Durchführung des einwegigen ANOVA-Tests an den Verschraubungsdaten sowohl von Wild-Pflanzen als auch Mutanten für mehrere Vergleiche kann14helfen. Diese statistische Analyse kann die richtige Schlussfolgerung über die Unterschiede der Verschraubungszeit bieten, die von Genotypen erzeugt wird. In diesem Fall sollte eine multivariate Cox proportionale Gefahrenanalyse verwendet werden, um zwei variable Parameter zu berücksichtigen.
Um den Touch-Force-Pegel der menschlichen Haare, die auf der Model K1 Touch-Maschine montiert sind, einzustellen, haben wir sowohl die Höhe (vertikale Kraft) als auch die Geschwindigkeit (horizontale Kraft) der Haarbürsten eingestellt (Abbildung 2E). Die richtigen Einstellungen wurden auf der Grundlage der vorläufigen Daten ermittelt, die aus vielen Runden von Kraftstufentests an einer Arabidopsis-Anlage auf elektronischem Maßstab gesammelt wurden. Wie wir festgestellt haben, wird es einen ähnlichen und konstanten thigmomorphogenetischen Phänotyp unter den Wiederholungen für eine Arabidopsis-Linie erzeugen, sowohl die Haarhöhe als auch die Geschwindigkeit während des gesamten Touch-Response-Experiments unverändert zu halten. Eine zu schwere Berührungskraft kann die jungen Sämlinge töten, da die sich schnell bewegenden Haarbürsten zu Verletzungen auf der Oberfläche eines Blattes führen können. Im Gegensatz dazu reicht eine zu leichte Berührungskraft möglicherweise nicht aus, um die Verzögerung des Schraubens innerhalb von 2 Wochen nach Wiederholung des Berührens auszulösen. In unserem vorherigen Experiment haben wir die entsprechende Touch-Kraft-Beladung auf 1-2 mN pro Berührung14,19bestimmt. Die Haarlänge von 0,5 cm niedriger als die Becherfelge wird verwendet, um eine ähnliche vertikale Berührungskraft auf Modell K1 maschinelle Haarberührung mit einer sanften horizontalen Bewegungsgeschwindigkeit 5000 mm/min zu erzeugen (Abbildung 2E). Diese feste Einstellung der Maschine Modell K1 reduziert die Streuung der Kraftstärke, die durch das menschliche Versagen entsteht.
Insgesamt sorgen die Haarberührungen der automatischen Touch-Force-Lademaschine nur für eine durchschnittliche Touch-Kraft-Belastung der Anlagen. Die präzise Aufgebrachte Berührungskraft, insbesondere die geladene horizontale Kraft, ist schwierig zu berechnen, entweder für ein einzelnes Haar oder eine Gruppe von Haaren auf einem Pinsel. Darüber hinaus kann die Varianz der Pflanzenform und der Stielhöhe die Anwendung horizontaler Kraft beeinträchtigen. Die Messung dieser Art von körperlicher Stärke oder Stress erfordert einen präziseren Drucksensor, der mit einem Haar oder einer Gruppe von Haaren verbunden ist. Es wird angenommen, dass in Zukunft ein präziserer Drucksensor und eine mathematische Modellierung angewendet werden, um die automatische Touch-Force-Lademaschine zu verbessern. Die Wachstumsbedingungen, wie Lichtintensität, Bodenfeuchtigkeit und Temperatur des Gewächshauses sowie Nährstoffversorgung, spielen eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung des Touch Response Phänotyps. Jegliche Stressbedingungen, wie Trockenheit, schwacher Lichtzustand mit weniger als 90 -e-2s-1, und eine höhere oder niedrigere Temperatur, die das normale Wachstum von Arabidopsis beeinflussen kann, stören die Messung der Berührungsverhalten beider Wildtypen und Mutanten.
Kurz gesagt, diese automatische Touch-Force-Lademaschine bietet mehr arbeitssparende und gleichmäßige durchschnittliche Touch-Kraft-Belastung als menschliche Fingerberührung und Wattestäbchen-Touch. Es wird erwartet, dass die Touch-Maschine des Modells K1 in verschiedenen Berührungskraftsignalen mit hohem Durchsatz angewendet wird, die mutierte Screening- und Touch-Response-Analysen zwischen landwirtschaftlichen Kulturen oder wahrscheinlich Tiermodellen mit einigen Modifikationen der Touch-Force-Belastung durchführen. maschine.
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Disclosures
Die Autoren haben nichts zu verraten.
Acknowledgments
Diese Studie wurde durch folgende Stipendien unterstützt: 31370315, 31570187, 31870231 (National Science Foundation of China), 16100318, 661613, 16101114, 16103615, 16103817, AoE/M-403/16 (RGC von Hongkong). Die Autoren danken Ju Feng Precision and Automation Technology Limited (Shenzhen, China) für ihr Angebot mehrerer Schaltpläne, die in Abbildung 1dargestellt sind.
Die Autoren danken auch S. K. Cheung und W. C. Lee für ihren Beitrag zur Entwicklung der Touch-Force-Lademaschine.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 4 hair brushes | customized | ||
| 4 robot arms with one holder | customized | 1000 mm length holder and 560 mm length robot arm | |
| 57 stepper motor | 57HS22-A | ||
| All purpose potting soil | Plantmate, Hong Kong | ||
| Arabidopsis plant seeds | Arabidopsis Biological Resource Centers, Columbus, OH | For arabidopsis seed purchase | |
| BIO-MIX potting substratum | Jiffy Products International BV, the Netherlands | 1000682050 | Two soils were mixed together to grow Arabidopsis. The ratio of All purpos potting soil and BIO-MIX is 1:2 |
| IL 1700 research radiometer | International Light, Newburyport, MA | The light intensity of both full-wavelength and photosynthetic active radiation can be measured. | |
| ImageJ | https://imagej.nih.gov/ij/download.html | Free downloaded software | |
| Ju Feng Precision and Automation Technology Limited | Shenzhen, China | For belt-driven linear actuators and other mechanical modules purchase | |
| Junction plate of the slide block | To fix the Y guide-rail module or Y auxiliary girder onto backs of slide blocks | ||
| Junction plate of the X axis module | customized | To connect the X guide-rail module and X auxiliary girder | |
| Slide block | |||
| WDT4045 X axis guide-rail module | 843 mm, customized | Pre-installed with two slide blocks and one 57 stepper motor | |
| WDT4045 Y axis guide-rail module | 1038 mm, customized | Pre-installed with two slide blocks and one 57 stepper motor | |
| X axis auxiliary girder | 843 mm, customized | Pre-installed with two slide blocks | |
| Y axis auxiliary girder | 1038 mm, customized | Pre-installed with two slide blocks |
References
- Jaffe, M. J. Thigmomorphogenesis: the response of plant growth and development to mechanical stimulation with special reference to Bryonia dioica. Planta. 114, 143-157 (1973).
- Vandenbrink, J. P., Kiss, J. Z., Herranz, R., Medina, F. J. Light and gravity signals synergize in modulating plant development. Frontiers in Plant Science. 5, 563 (2014).
- Hashiguchi, Y., Tasaka, M., Morita, M. T. Mechanism of higher plant gravity sensing. American Journal of Botany. 100, 91-100 (2013).
- Salisbury, F. B. The Flowering Process. , Macmillan. New York. (1963).
- Darwin, C. The Power of Movement in Plants. , Appleton. New York. (1881).
- Chehab, E. W., Eich, E., Braam, J. Thigmomorphogenesis: a complex plant response to mechano-stimulation. Journal of Experimental Botany. 60, 43-56 (2008).
- Telewski, F. W., Jaffe, M. J. Thigmomorphogenesis: anatomical, morphological and mechanical analysis of genetically different sibs of Pinus taeda in response to mechanical perturbation. Physiologia Plantarum. 66, 219-226 (1986).
- Vogel, M. Automatic precision measurements of radial increment in a mature spruce stand and interpretation variants of short term changes in increment values. Allgemeine Forst-und Jagdzeitung. , Germany. (1994).
- Braam, J. In touch: plant responses to mechanical stimuli. New Phytologist. 165, 373-389 (2005).
- Jaffe, M. J., Leopold, A. C., Staples, R. C. Thigmo responses in plants and fungi. American Journal of Botany. 89, 375-382 (2002).
- Telewski, F. W. A unified hypothesis of mechanoperception in plants. American Journal of Botany. 93, 1466-1476 (2006).
- Gutiérrez, R. A., Ewing, R. M., Cherry, J. M., Green, P. J. Identification of unstable transcripts in Arabidopsis by cDNA microarray analysis: rapid decay is associated with a group of touch-and specific clock-controlled genes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99, 11513-11518 (2002).
- Lee, D., Polisensky, D. H., Braam, J. Genome-wide identification of touch-and darkness-regulated Arabidopsis genes: a focus on calmodulin-like and XTH genes. New Phytologist. 165, 429-444 (2005).
- Wang, K., et al. Quantitative and functional posttranslational modification proteomics reveals that TREPH1 plays a role in plant touch-delayed bolting. Proceedings of the National Academy of Sciences United States of America. 115, 10265-10274 (2018).
- Hamilton, E. S., Schlegel, A. M., Haswell, E. S. United in diversity: mechanosensitive ion channels in plants. Annual Review of Plant Biology. 66, 113-137 (2015).
- Knight, M. R., Campbell, A. K., Smith, S. M., Trewavas, A. J. Transgenic plant aequorin reports the effects of touch and cold-shock and elicitors on cytoplasmic calcium. Nature. 352, 524 (1991).
- Toyota, M., Furuichi, T., Tatsumi, H., Sokabe, M. Cytoplasmic calcium increases in response to changes in the gravity vector in hypocotyls and petioles of Arabidopsis seedlings. Plant Physiology. 146, 505-514 (2008).
- Knight, M. R., Smith, S. M., Trewavas, A. J. Wind-induced plant motion immediately increases cytosolic calcium. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 89, 4967-4971 (1992).
- Braam, J., Davis, R. W. Rain-, wind-, and touch-induced expression of calmodulin and calmodulin-related genes in Arabidopsis. Cell. 60, 357-364 (1990).
- Chehab, E. W., Yao, C., Henderson, Z., Kim, S., Braam, J. Arabidopsis touch-induced morphogenesis is jasmonate mediated and protects against pests. Current Biology. 22, 701-706 (2012).
- Telewski, F. W., Pruyn, M. L. Thigmomorphogenesis: a dose response to flexing in Ulmus americana seedlings. Tree Physiology. 18, 65-68 (1998).
- De Vylder, J., Vandenbussche, F. J., Hu, Y., Philips, W., Van Der Straeten, D. Rosette tracker: an open source image analysis tool for automatic quantification of genotype effects. Plant Physiology. , (2012).
- Clark, T., Bradburn, M., Love, S., Altman, D. Survival analysis part I: basic concepts and first analyses. British Journal of Cancer. 89, 232 (2003).
- Bradburn, M. J., Clark, T. G., Love, S., Altman, D. Survival analysis part II: multivariate data analysis–an introduction to concepts and methods. British Journal of Cancer. 89, 431 (2003).
- Jaffe, M., Forbes, S. Thigmomorphogenesis: the effect of mechanical perturbation on plants. Plant Growth Regulation. 12, 313-324 (1993).
- Kutschera, U., Niklas, K. J. Evolutionary plant physiology: Charles Darwin’s forgotten synthesis. Naturwissenschaften. 96, 1339 (2009).
