تصوير واسع المجال وفي الوقت الحقيقي للإشارات الجرح المحلية والجهازية في Arabidopsis

Takuya Uemura; Jiaqi Wang; Yuri Aratani; Simon Gilroy; Masatsugu Toyota

doi:10.3791/62114

يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

تصوير واسع المجال وفي الوقت الحقيقي للإشارات الجرح المحلية والجهازية في Arabidopsis

4.7K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/62114

⸱

يونيو 4, 2021

Takuya Uemura¹ , Jiaqi Wang¹ , Yuri Aratani¹ , Simon Gilroy² , Masatsugu Toyota¹^,²

¹Department of Biochemistry and Molecular Biology, Saitama University, ²Department of Botany, University of Wisconsin

في هذه المقالة

ملخص

إن إشارات الكالسيوم الجهازية التي تسببها الغلوتامات خارج الخلية أمر بالغ الأهمية لتحريض استجابات الدفاع النباتي على الجرح الميكانيكي وهجوم الحيوانات العاشبة في النباتات. توضح هذه المقالة طريقة لتصور الديناميكيات المكانية والزمنية لكل من هذين العاملين باستخدام نباتات Arabidopsis thaliana التي تعبر عن أجهزة الاستشعار الحيوية الفلورية الحساسة للكالسيوم والغلوتامات.

الملخص

تستجيب النباتات للضغوط الميكانيكية مثل الجرح وآكلي الأعشاب من خلال تحفيز الاستجابات الدفاعية سواء في الأجزاء التالفة أو البعيدة. عند جرح ورقة، تحدث زيادة في تركيز أيونات الكالسيوم الخلوية (Ca²⁺ إشارة) في موقع الجرح. يتم إرسال هذه الإشارة بسرعة إلى الأوراق غير التالفة ، حيث يتم تنشيط الاستجابات الدفاعية. كشفت أبحاثنا الأخيرة أن الغلوتامات المتسربة من الخلايا المصابة من الورقة إلى الأبوبلاست من حولهم بمثابة إشارة جرح. هذا الغلوتامات ينشط مستقبلات الغلوتامات مثل قنوات Ca²⁺ نفاذية، مما يؤدي بعد ذلك إلى انتشار إشارة Ca²⁺ لمسافات طويلة في جميع أنحاء المصنع. ويمكن التقاط الخصائص المكانية والزمانية لهذه الأحداث من خلال التصوير في الوقت الحقيقي للنباتات الحية التي تعبر عن أجهزة الاستشعار البيولوجية الفلورية المشفرة وراثيا. هنا نقدم طريقة تصوير على مستوى النبات في الوقت الحقيقي لمراقبة ديناميكيات كل من إشارات Ca^{2 +} والتغيرات في الغلوتامات المبرمج التي تحدث استجابة للإصابة. يستخدم هذا النهج مجهر مضان واسع المجال ونباتات أربيدوبسي المعدلة وراثيا تعبر عن بروتين الفلورسنت الأخضر (GFP) القائم على Ca²⁺ و أجهزة الاستشعار الحيوية الغلوتامات. بالإضافة إلى ذلك، نقدم منهجية للحصول بسهولة على انتشار إشارة Ca²⁺ الناجم عن الجروح والغلوتامات. ويمكن تطبيق هذا البروتوكول أيضا على الدراسات المتعلقة بضغوط النباتات الأخرى للمساعدة في التحقيق في كيفية مشاركة الإشارات النظامية النباتية في شبكات الإشارات والاستجابة الخاصة بها.

المقدمة

لا يمكن للنباتات الهروب من الضغوط الحيوية ، على سبيل المثال ، الحشرات التي تتغذى عليها ، لذلك فقد تطورت أنظمة متطورة لاستشعار الإجهاد ونقل الإشارات للكشف عن ثم حماية نفسها من تحديات مثل عشبي¹. عند الجرح أو هجوم عشبي ، تبدأ النباتات استجابات دفاعية سريعة بما في ذلك تراكم حمض الجاسموني النباتي (JA) ليس فقط في موقع الجرحى ولكن أيضا في الأعضاء البعيدة غير التالفة². هذا JA ثم يؤدي كل من الاستجابات الدفاعية في الأنسجة التالفة مباشرة ويحفز بشكل استباقي الدفاعات في الأجزاء غير التالفة من المصنع. في Arabidopsis، تم الكشف عن تراكم JA الناجم عن الجرح في أوراق بعيدة وسليمة في غضون دقائق قليلة من الضرر في مكان آخر في المصنع ....