$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Mikroskopi, kromatin organizasyonu ve nükleer mimariyi incelemek için uzun süredir temel taşı olup, DNA ve histonla ilişkili proteinlerin 3D nükleer uzayda nasıl düzenlendiğini ve gendüzenlemesini nasıl etkilediğini ortaya koymuştur 1,2. Geleneksel floresan mikroskopisi, kromozom bölgeleri, kromosentrler ve nükleercisimler 3,4 gibi büyük ölçekli kromatin alanları hakkında özellikle bitkiler için kökdokularında (3,5,6) mümkün olan büyük ölçekli kromatin alanları hakkında değerli bilgiler sağlamıştır. Ancak, bu teknikler ışığın kırınım bariyeri tarafından temelde sınırlıdır; bu da mekânsal çözünürlüğü yaklaşık 200 nm yan ve 500 nm eksenlesınırlar 7. Bu sınırlama, epigenetik düzenlemenin temelini oluşturan kromatin katlanması, histon modifikasyon desenleri ve transkripsiyonel bölmenleşme gibi nano ölçekli detayları gizler. Bu engeli aşmak için, yapılandırılmış aydınlatma mikroskobu (SIM)8, uyarılmış emisyon azalması (STED)9,10 ve tek moleküllü lokalizasyon mikroskobu (SMLM)11,12 gibi süper çözünürlüklü mikroskopi (SRM) yaklaşımları geliştirilerek 100 nm'den birkaç nm13'e kadar değişen çözünürlükler elde edilmiştir.
SRM teknikleri arasında, SMLM—Fotoaktif Lokalizasyon Mikroskopisi (PALM)13 ve doğrudan Stokastik Optik Yeniden Yapılandırma Mikroskopisi (dSTORM) dahil—olağanüstü mekansal çözünürlük ile molekülerözbaşıklık 14 sunar. Bireysel floroforların zaman içindeki konumlarını tespit ederek, SMLM tek hücrelerdeki kromatin alanları, histon işaretleri ve nükleer yapıların yüksek hassasiyetli nano ölçekli görüntüleriniyeniden inşa eder 15,16. Bu yetenek, SMLM'nin uygulandığı memeli sistemlerinde kromatin araştırmalarını dönüştürmüştür; burada SMLM uygulanarak nükleozom kümelenmesi, kromatin sıkıştırması ve histon modifikasyon desenlerini benzeri görülmemiş detaylarlagörselleştirmiştir 15,16,17. Buna karşılık, SMLM'nin bitki çekirdeklerine uygulanması sınırlı kalır; bunun nedeni büyük ölçüde bitki dokusu özellikleriyle ilgili teknik zorluklar — yüksek otofloresans, hücre duvarı rijitliği ve nişasta ile klorofil18 gibi ışık saçıcı bileşiklerin varlığı. Ayrıca, izolasyon ve etiketleme sırasında çekirdeklerin hassas yapısı, yapısal bütünlüğü korumak ve uzun süreli görüntüleme seanslarında arka plan floresansını en aza indirmek için optimize edilmiş iş akışlarını gerektirir.
Burada tanımlanan protokol, ilk olarak Elizabeth Kracik-Dyer ve Célia Baroux tarafından uyarılmış emisyon azalması (STED)mikroskopisi için geliştirilmiştir 19. Daha sonra, yayımlanmış mikrobiyoloji uygulamalarından elde edilen bilgilerin entegrasyonuyla STORM görüntülemenin özel gereksinimlerini karşılamak üzere optimize edilip uyarlandı(20,21,22). Genel amaç, izole Arabidopsis thaliana çekirdeklerinin SMLM görüntülemesi için daha verimli ve tekrarlanabilir bir iş akışı sağlamaktır. Optimize edilmiş fiksasyon, hafif mekanik bozulma ve florofor etiketlemenin süspansiyonda entegre edilmesiyle, bu yöntem nükleer morfolojiyi korur ve görüntüleme kalitesini sıklıkla olumsuz etkileyen sitoplazmik kirleticileri verimli şekilde uzaklaştırır. Düşük eriyen agaroz pedlerinde işaretlenmiş çekirdeklerin immobilizasyonu, edinim sırasında mekanik stabiliteyi sağlar ve nano ölçekli hassasiyetle uzun vadeli tek moleküllü görüntüleme imkanı sağlar. Bitki çekirdekleri için daha önce tanımlanan SRM protokolleriyle karşılaştırıldığında—özellikle STEDmikroskopisi 19,23'e dayananlar—bu iş akışı foto-değiştirilebilir floroforlar (örneğin, AF647, JF549) kullanır ve klorofil ile doku kalıntılarını atan yıkama adımları sayesinde arka plan floresansını azaltır ve etiketleme moleküllerini doğrudan sabit ve permeabilize çekirdeklere ekleyerek etiketleme homojenliğini artırır. Sonuç olarak, bireysel çekirdeklerdeki kromatin modifikasyonlarının, nükleer bölmelerin ve epigenetik desenlerin tutarlı görselleştirilmesini sağlar. Bitkilerde SMLM'nin uygulanmasındaki teknik engelleri azaltarak, bu yöntem nano ölçekli görüntülemenin erişilebilirliğini genişletir ve kromatin organizasyonu ile nükleer mimarinin gelişimsel ve çevresel ipuçlarına yanıt olarak gen düzenlemesine nasıl katkıda bulunduğunu incelemek için bir temel sağlar.