Atomik kuvvet mikroskobu girinti protokolü, normal veya kısıtlı büyüme sırasında (yani su açığı altında) bir doku veya organın belirli bir hücresinin hücre duvarının fiziksel özelliklerinin rolünü inceleme imkanı sunar.
Method Article
* These authors contributed equally
Atomik kuvvet mikroskobu girinti protokolü, normal veya kısıtlı büyüme sırasında (yani su açığı altında) bir doku veya organın belirli bir hücresinin hücre duvarının fiziksel özelliklerinin rolünü inceleme imkanı sunar.
Burada, canlı Arabidopsis köklerinin epidermal hücrelerinin hücre duvarının fiziksel özelliklerini, optik ters çevrilmiş floresan mikroskobu ile birleştirilmiş bir atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile nanogirintiler yoluyla karakterize etmek için bir yöntem açıklanmaktadır. Yöntem, deformasyonunu ölçerken numuneye kontrollü kuvvetler uygulamaktan oluşur ve hücre altı çözünürlüklerde görünür Young hücre duvarı modülü gibi parametrelerin nicelleştirilmesine izin verir. Numunenin dikkatli bir mekanik immobilizasyonunu ve girintilerin ve girinti derinliklerinin doğru seçimini gerektirir. Sadece dış dokularda kullanılabilmesine rağmen, bu yöntem gelişim sırasında bitki hücre duvarlarındaki mekanik değişikliklerin karakterize edilmesine izin verir ve bu mikroskobik değişikliklerin tüm organın büyümesiyle korelasyonunu sağlar.
Bitki hücreleri, hücre tipine ve büyüme evresi 1,2'ye bağlı olarak kalınlığı 0.1 ila birkaç μm arasında değişen polisakkaritler, proteinler, metabolitler ve su ağlarından oluşan karmaşık bir yapı olan bir hücre duvarı ile çevrilidir. Hücre duvarı mekanik özellikleri bitkilerin büyümesinde önemli bir rol oynar. Hücre duvarının düşük sertlik değerleri, hücre büyümesi ve hücre duvarı genişlemesi için bir ön koşul olarak önerilmiştir ve tüm hücrelerin işlevlerini yerine getirmek için mekanik kuvvetler algıladığına dair kanıtlar artmaktadır. Bununla birlikte, hücre duvarının fiziksel özelliklerindeki değişikliklerin hücre kaderini belirleyip belirlemediği hala tartışılmaktadır 2,3,4. Bitki hücreleri gelişim sırasında hareket etmediğinden, bir organın son şekli, bir hücrenin ne kadar uzağa ve hangi yönde genişlediğine bağlıdır. Bu nedenle, Arabidopsis kökü, hücre duvarının fiziksel özelliklerinin hücre genişlemesindeki etkisini incelemek için iyi bir modeldir, çünkü kökün farklı bölgelerinde farklı genişleme türleri meydana gelir. Örneğin, anizotropik genişleme uzama bölgesinde ve özellikle epidermal hücrelerde belirgin şekilde belirgindir5.
Burada açıklanan yöntem, epidermal hücrelerin hücre duvarının fiziksel özelliklerini, ters çevrilmiş bir floresan faz mikroskobu6 ile birleştirilmiş bir Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) kullanarak canlı Arabidopsis köklerinin nano ölçeğinde karakterize etmek için kullanılmıştır. AFM tekniğinin kapsamlı bir revizyonu için 7,8,9'u okuyun.
Bu protokol, temel bir numune hazırlama yöntemini ve bitki hücre duvarlarının AFM tabanlı elastikiyetini ölçmek için genel bir yöntemi özetlemektedir.

Şekil 1: Arabidopsis köklerinde atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullanılarak yapılan kuvvet-girinti deneyine şematik genel bakış. Şema, kök örneğini sıkıca hareketsiz hale getirmek için substratın hazırlanmasından (1-2), propidium iyodür boyama yoluyla kök canlılığının doğrulanmasından (3), birincil kökün uzatılmış bir epidermal hücresinin yüzeyinde konsol konumlandırmasından (4-5), kuvvet eğrileri ölçümünden (6) ve görünür Young modülünü hesaplamak için kuvvet eğrisi işlemesinden (7-8) bir Kuvvet-Girinti deneyinin adımlarına genel bir bakış sunar. EZ: uzama bölgesi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. Bitki materyalinin hazırlanması ve büyüme koşulları
2. Ozmotik stres tedavisi (isteğe bağlı)
NOT: Bu bölüm, krioskopik ozmometre (Malzeme Tablosu) tarafından tahmin edildiği gibi -1.2 MPa'lık ozmotik potansiyelde Arabidopsis köklerinin büyümesi hakkında ayrıntılı bilgi vermektedir. Bu bölüm, eldeki deneysel soruya bağlı olarak çıkarılabilir veya değiştirilebilir.
3. Atomik kuvvet mikroskobu (AFM) nanogirinti deneyleri
4. Görünür Young modülünü ölçün
E, numunenin görünür Young modülüdür,
numunenin Poisson modülüdür ve α tepe noktasına yarı açıdır. Uyumları 0,99'< bir korelasyon katsayısı (r2) ile atın. Poisson'un tamamen sıkıştırılamaz malzeme için oranını göz önünde bulundurun:
= 0.5 ve üreticiler tarafından verilen girintinin geometrisi.Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Kuvvet-Girinti deneyleri
Aşağıdaki metinde, protokol iyi yürütüldüğünde beklenen tipik çıktıyı göstermek için bir kuvvet girinti deneyi yapıldığında beklenen bazı sonuçlar sunulmaktadır.
Kuvvet-yer değiştirme eğrileri
Canlı örneklerin kök uzama bölgesinin hücresinin merkezine yerleştirilen bir konumda girintili girinti elde edilen temsili kuvvet girinti grafikleri Şekil 2'de sunulmuştur. AFM ucu hücre duvarının yüzeyini giri...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Hücre ve hücre duvarı mekaniği, mekaniğin büyüme süreçlerini nasıl etkilediğine dair fikir edinmek için giderek daha alakalı hale geliyor. Fiziksel kuvvetler katı dokularda önemli mesafelere yayıldıkça, hücre duvarının fiziksel özelliklerindeki değişikliklerin ve bunların bitkinin büyümesini nasıl algıladıkları, kontrol edildikleri, ayarlandıkları ve etkiledikleri üzerine yapılan çalışmalar önemli bir çalışma alanı haline gelmektedir 2,3,8.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Yazarların çıkar çatışması yoktur. Verileri sığdırmak için kullanılan MATLAB betiği, kişisel talep üzerine J. C. B'ye yazılarak kullanılabilir.
Bu araştırma CSIC I + D 2018, hibe No. 95 (Mariana Sotelo Silveira) tarafından finanse edilmiştir.; CSIC Grupos (Omar Borsani) ve PEDECIBA.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 1 x Fosfat Tamponlu Tuzlu Su (PBS) | Sodyum klorür ve fosfat tamponu içerir ve canlı hücrelerde ozmotik şoku önlemek ve su dengesini korumak için formüle edilmiştir. | ||
| AFM yazılımı | Bruker, Billerica, MA, ABD | ||
| Atomik kuvvet mikroskobu (AFM) | BioScope Catalyst, Bruker, Billerica, MA, ABD | ||
| Katalizör Prob tutucu-sıvı | Bruker, Billerica, MA, ABD | CAT-FCH | Biyoskop Katalizörü için bir prob tutucu, temas veya Kılavuz Çekme Modunda sıvı çalışması için tasarlanmıştır. Havada çalışma ile de uyumludur. |
| Kriyoskopik ozmometre; model OSMOMAT 030 | Gonotech, Berlin, Almanya | ||
| Murashige & Skoog Medium | Duchess Biochemie | M0221 | Orijinal konsantrasyon, (1962) |
| Olympus IX81, Miami, FL, ABD | Arjantin'e bağlı optik ters mikroskop | ||
| 100429 | Nötr, asidik olmayan silikon yapıştırıcı | ||
| Petri kapları | Deltalab | 200201.B | Polistiren, 55 x 14 mm, radyasyon steril. |
| Propidium iyodür | Sigma | P4170 | Kök canlılık testi için. |
| Silisyum nitrür probu, DNP-10, konsol A | Bruker, Billerica, MA, ABD | DNP-10/A | Sıvı işleminde kuvvet modülasyon mikroskobu için. Prob ucu yarıçapı 20-60 nm. 175-μ m-uzunluğunda üçgen konsol, 0,35 N/m yay sabiti ile. |
| Cımbız | Sigma | T4537 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission