J.O.B. and A.M.R. were supported by predoctoral fellowships from the National Science Foundation.

HINWEIS: Für dieses Protokoll haben wir auf Testen Stromulus Frequenz in der Epidermis von N. fokussiert benthamiana verlässt. Mehrere stabile transgene Linien erzeugt worden , die für diesen Zweck verwendet werden können, einschließlich 35S PRO: FNRtp: EGFP 13 und NRIP1: Cerulean 6. Beide Linien zeigen robuste Expression von Fluorophoren in den Chloroplasten Stroma der Blätter unter einer Vielzahl von Bedingungen gewachsen. Alternativ Chloroplasten-bezogene Fluorophore transient in N. ausgedrückt werden kann benthamiana unter Verwendung von Agrobacterium - Transformationen 13. Dies ist weniger ideal als die transgenen Linien, da einige basalen Abwehrreaktionen in N. induzieren Agrobacterium Infiltrationen benthamiana und Wechselwirkungen mit Agrobacterium kann Stromulus Frequenz in dem Blatt 14, die möglicherweise zu verkomplizieren Interpretation der Ergebnisse zu ändern. Schließlich Stromulus Bildung in vitro zu visualisieren,Chloroplasten können aus jeder beliebigen Pflanzenspezies, entweder genetisch codierten Fluorophore oder einen fluoreszierenden Farbstoff extrahiert werden, wie in Kapitel 5 unten. 9,15 HINWEIS:. Detaillierte Beschreibung der Methoden für Pflanzenanbau wurden bereits beschrieben 16 Kurz gesagt, wachsen N. benthamiana Pflanzen in 4 &quot;Töpfe mit jeder professionellen Bodenmischung gefüllt , die eine gute Drainage zur Verfügung stellt. Decken Sie Sämlinge mit einem durchsichtigen Kunststoff - Kuppel in den ersten 10 bis 14 Tage , um eine feuchte Umgebung für die Keimung zur Verfügung zu stellen. In jedem Standard - Dünger - Mix Anweisungen folgen Herstellers zu 14- Tage alten Pflanzen. wachsen Pflanzen unter weißem Licht, mit ~ 100 &amp; mgr; mol Photonen m -2 s -1 Lichtintensität. Wasserpflanzen regelmäßig. 1. Vorbereiten Blattproben für Visualisierung HINWEIS: Stromulus Dynamik durch Verwundung 8 betroffen, so sollten Gewebepräparation sofort durchgeführt werden , bevor Stromulus Visualisierungs durch konfokale Fluoreszenzmikroskopie. Idealerweise sollte eine Probe mit 15 min nach Entnahme aus der Anlage visualisiert werden. <ol><li> Schneiden Sie einen kleinen Abschnitt des Blattes eine sehr scharfe Rasierklinge. Verwenden Sie immer den gleichen Bereich des Blattes für Konsistenz, und sicher sein, die gleiche Oberfläche (adaxial oder abaxial) in allen Versuchen zu visualisieren. </li><li> Unmittelbar nach dem Blattschneidabschnitt, die Blattabschnitt in einem 5 ml nadellose Spritze mit Wasser gefüllt unterzutauchen Entfernen von Luft aus der Spritze und ein Vakuum anzuwenden, indem die Spritzenöffnung mit einem Finger abdecken und den Kolben zu ziehen. <ol><li> Lassen Sie den Kolben sanft zu vermeiden, dass die Blattabschnitt zu beschädigen. Wiederholen Sie diesen Vorgang zwei- oder dreimal, oder bis die meisten der Luft entfernt worden ist und das Blatt erscheint tiefgrün sein. Hinweis: Dieser Schritt Luft in dem Blatt entfernt, die genaue Visualisierung von stromules stören können. </li></ol></li><li> Fügen Sie einen Tropfen Wasser zu einer Folie und legen Sie den Blattabschnitt auf diesen Rückgang. Dann fügen Sie eine weitere drop Wasser an die Spitze des Blattes, und legen Sie eine Deckglas über das Blatt. Wenn es irgendwelche Luftblasen sind, vorsichtig das Deckglas klopfen, bis sie entfernt werden. Der Schlitten ist nun bereit für die Mikroskopie und sollten sofort sichtbar gemacht werden. </li></ol> 2. Visualizing Stromules mit der konfokalen Fluoreszenzmikroskopie <ol><li> Mit durchgehendem Licht, konzentrieren sich auf ein Sichtfeld in der Nähe der Mitte des Blattes Abschnitt (weg von den durch die Rasierklinge geschädigte Zellen). Verwenden Sie ein 20x-Objektiv, so dass viele Chloroplasten gleichzeitig sichtbar gemacht werden kann. Speichern eines Bildes mit Durchlicht, so dass Zelltypen später unterschieden werden kann, falls erforderlich. </li><li> Schalten Sie die Beleuchtungsquelle einen Laser mit geeigneten Anregungs- und Emissionsfiltern für das Fluorophor verwendet wird. Beispielsweise GFP mit einem 488 nm Laser erregt und Emissionen zwischen 500 nm und 525 nm erhalten. <ol><li> Mit Hilfe der Software des Mikroskops, wählen Sie die GFP-Kanal und klicken Sie auf die Lochblende auf 1 Ai einzustellenry Einheit. Wählen Sie Laserscanning, starten die Probe zu visualisieren, und klicken Sie dann auf das GFP-Kanal, um die Laserintensität einzustellen und die Detektorverstärkung der Laserleistung zu minimieren, während immer noch deutlich stromules zu visualisieren. Sobald diese Einstellungen festgelegt worden sind, halten sie so konsequent wie möglich in allen Experimenten. </li></ol></li><li> Bereiten Sie eine z -stack Experiment , das eine Reihe von Bildern durch die Blattepidermis im Sichtfeld sammeln. <ol><li> Für die z -stack, umfassen alle epidermalen Chloroplasten in dem Sichtfeld Verzerrungen zu vermeiden (zum Beispiel, wenn die Chloroplasten in der Nähe der Blattoberfläche mehr stromules unter Bedingungen getestet haben). </li><li> Nehmen Bilder mit der maximalen Intervall möglich , dass alle stromules beinhalten wird , aber minimiert die Zeit für eine z -stack erforderlich. Wenn zum Beispiel 1 Airy Einheit entspricht einem fokussierten konfokalen Abschnitt, der 2 &amp; mgr; m tief ist, um ein Bild nehmen alle 2 &amp; mgr; m wahrscheinlich ideal ist. HINWEIS: Das Blatt epidermis ist eine unebene Oberfläche, so dass die Gesamttiefe der z -stack auf der Probe abhängig variieren; die meisten z -stacks werden 10-20 Bilder erfordern, kann aber mehr beinhalten. </li><li> Passen Scangeschwindigkeit und Bildauflösung als notwendig , um sicherzustellen , dass die z -stack schnell gesammelt wird ( in der Regel innerhalb von 5-10 min, wenn möglich). Speichern Sie die z -stack für eine spätere Analyse. </li></ol></li></ol> 3. Bildverarbeitung <ol><li> Bestimmen Sie Stromulus Frequenz unter Verwendung eines beliebigen Bildanalyse-Software. Für dieses Protokoll, empfehlen wir die Verwendung ImageJ, die von der National Institutes of Health öffentlich zugänglich ist (http://imagej.nih.gov/ij/) oder dem beliebten Upgrade von ImageJ, Fidschi (http://fiji.sc / Fidschi). </li><li> Zusammenführen der z -stack in einem einzigen Bild die maximale Intensitätsprojektion in der Software. </li><li> Identifizieren und von Hand alle Chloroplasten im Bild zu zählen. </li><li> Für jede Chloroplasten bestimmen visuell, ob ein oder mehrere stromulessind zu sehen in der fusionierten z -stack Bild von den Chloroplasten erstreckt. Beispiele siehe Abbildung 1. Hinweis: Da die biologischen Funktionen von stromules nicht bekannt sind, jede dünne, Stroma gefüllten, röhrenförmige Verlängerung aus dem Chloroplast kann ein &quot;Stromulus&quot; angesehen werden, unabhängig von der Länge. Als allgemeine Regel wird ein Stroma gefüllte Verlängerung von der Chloroplast ist ein Stromulus wenn es weniger als etwa 1 um im Durchmesser über den grßten Teil seiner Länge 7 ist. Stellen Sie sicher, dass eine Person alle Bilder Analysen zur subjektiven Unterschiede zur Kontrolle bei der Bestimmung, ob ein Chloroplasten ein Stromulus hat. Ein zweiter Forscher sollten die Stromulus Frequenzen unabhängig überprüfen zu weiteren subjektive Vorurteile reduzieren. </li></ol> 4. Experimentelles Design und Sampling HINWEIS: Stromulus Frequenz ist sehr variabel zwischen Blättern, aber mehrere Berichte deuten darauf hin, daß es wenig Variation in Stromulus Frequenz innerhalb eines indiviDoppelblatt 9,17. <ol><li> Berechne die Blatt Stromulus Frequenz von einem einzigen Sichtfeld eines Blattes. Nehmen Sie das Blatt, und betrachten dies eine unabhängige Probe. Achten Sie nicht auf separaten Sichtfelder von einem Blatt als unabhängige Stichproben. HINWEIS: Es gibt keinen Konsens darüber, wie man am besten messen Veränderungen in Stromulus Aktivität, und bis die Funktion von stromules mehr klar definiert, Forscher sollten weiterhin bei der Quantifizierung Stromulus Dynamik, kreativ zu sein. Zum Vergleich: in der Literatur sollten jedoch gemeinsame Standards für die Berichterstattung zusätzlich zu mehr kreative Ansätze verwendet werden. Bei einem Minimum, können immer die Frequenz von Chloroplasten, die eine oder mehrere stromules haben. </li><li> Bestimmen Sie die Häufigkeit der Chloroplasten, die stromules in einem Sichtfeld haben. Verwenden ImageJ um alle Chloroplasten identifizieren, in einem Sichtfeld. Dann wird für jede Chloroplasten, bestimmen, ob die Chloroplasten mindestens eine Stromulus gebildet hat. Bericht Stromulus Frequenz wie die Percentage von Chloroplasten mit einem Stromulus. ANMERKUNG: Manche Forscher Transformations den Prozentsatz, beispielsweise mit dem Arcussinus-Transformation vor Stromulus Frequenzen Berichterstattung; Während dies eine Option für die statistische Analyse, ist die Arkussinus Stromulus Frequenz nicht ein intuitives Wert und muss nicht im Haupttext oder Zahlen einer Studie berichtet werden. <ol><li> Als alternativer Ansatz, die Gesamtzahl der stromules zählen und teilen sie durch die Gesamtzahl der Chloroplasten. HINWEIS: In den meisten Fällen diese ähnliche Ergebnisse liefern wird 4.2 zu nähern; es kann die Stromulus Frequenz, aber überschätzen, wenn ein einzelner Chloroplasten viele stromules gebildet hat. Im Beispiel unter repräsentativen Ergebnisse gezeigt, haben beispielsweise mehrere Chloroplasten zwei oder mehr stromules, die Anzahl der pro stromules Chloroplasten zu 40/87 Anhebung (im Vergleich zu einer Stromulus Frequenz von 33/87). </li><li> Alternativ bestimmen die Stromulus Länge anstelle von Stromulus Frequenz. Länge gemessen werdenin ImageJ durch die Stromulus mit dem freihändig Zeilen-Tool zu verfolgen. HINWEIS: Da die biologische Rolle von stromules unbekannt bleibt, ist es nicht klar, dass Stromulus Länge ihrer Funktion beeinträchtigt. Bericht erhebliche Unterschiede in Stromulus Länge, wenn sie beobachtet werden, sondern auch die Stromulus Frequenzen aus (wie in 4.2 beschrieben). HINWEIS: Stromulus Frequenz kann zwischen verschiedenen Blättern unter den gleichen Wachstumsbedingungen stark variieren. Daher wird, obwohl Stromulus frequenzbestimmendes kann sollten sorgfältig große Probengrößen enthalten ausgelegt werden zeitraubend, Experimente sein. Mit Datensätze aus unserem Labor haben wir festgestellt, dass eine Stichprobengröße von mindestens 16 Pflanzen für jede Behandlung in der Regel stark genug ist, um zu bestimmen, ob es einen statistisch signifikanten Unterschied von mindestens einem 1,5-fache Veränderung der Stromulus Frequenz zwischen zwei Zuständen ist (mit Standard α = 0,05 und β = 0,80). </li></ol></li><li> Die statistische Analyse der Ergebnisse. <ol><li> Zum Vergleich der mirein Stromulus Frequenzen von zwei Behandlungen, verwenden Sie die t - Test Welch (auch als heteroscedastic t - Test oder t - Test unter der Annahme , ungleiche Varianz bekannt). HINWEIS: Dieser Test ist nicht so mächtig wie die t - Test herkömmlichen Student, aber Welch t - Test ist vorteilhaft , da sie nicht davon ausgehen , dass die Varianz in Stromulus Häufigkeitsverteilung zwischen den Behandlungen ähnlich ist. HINWEIS: Da Stromulus Frequenz ein &quot;Verhältnis&quot;, wird seine Stichprobenverteilung vorhergesagt binomischen zu sein, anstatt normal, die Skew statistische Analyse theoretisch könnte, wenn Probengrößen sehr niedrig sind oder wenn Stromulus Frequenz ist sehr gering (nahe 0%) oder sehr hoch (nahezu 100%). Einige Berichte haben verwendet Arkussinus Transformationen vor der statistischen Analyse, die dazu bestimmt ist binomialverteilt zu einer Normalverteilung zu transformieren und damit die Standardanforderungen eines Studenten-t - Test oder ANOVA erfüllen. In der Praxis wird jedoch einrcsine Transformationen haben wenig oder keine Wirkung auf die statistische Analyse, und werden daher nicht empfohlen. Stattdessen wiederholen Experimente Probengröße zu erhöhen, was die statistische Aussagekraft zu erhöhen und reduzieren Fehler bei der Interpretation der Daten. </li><li> Was auch immer statistischer Ansatz verwendet wird, sollten Sie sorgfältig zu berichten über die Strategie der Probenahme, Probengröße, statistischen Test, und p - Wert für jedes Experiment. Hinweis: Wie bei anderen Bereichen der Biologie, einen p - Wert von weniger als 0,05 betrachtet werden kann &quot;statistisch signifikant&quot;, obwohl Forscher sicherlich die genaue p - Wert erhalten berichten. Wenn p etwas über 0,05 ist, kann die Stichprobengröße mit zwei oder drei Versuchen zu erhöhen helfen , zu klären , ob der beobachtete Unterschied ist reproduzierbar und statistisch signifikant. </li></ol></li></ol> 5. Extrahieren von Intact Chloroplasten Stromulus Dynamics zu visualisieren HINWEIS: Mehrere Methodeneinem etwas anderes Protokoll zu isolieren Chloroplasten von Blättern verwendet werden, einschließlich in einer aktuellen Studie über Stromulus Bildung in vitro 15 wurden. Das Protokoll detailliert unten verwendet eine relativ einfache Methode , die nicht biochemisch reinen Chloroplasten Proben nicht fließt, sondern hat stattdessen eine große Menge an intakten, gesunden Chloroplasten 9,18 isolieren. <ol><li> Bereiten kalten Extraktionspuffer: 50 mM Hepes NaOH, 330 mM Sorbitol, 2 mM EDTA, 1,0 mM MgCl 2 und 1,0 mM MnCl 2. Stellen Sie den pH-Wert auf 6,9 mit NaOH und HCl, und im Kühlschrank lagern vor dem Gebrauch. HINWEIS: Obwohl es nicht notwendig, kalte Puffern und Proben auf Eis zu halten, wenn möglich, einen höheren Anteil an intakten Chloroplasten ergibt. </li><li> Bereiten Sie Isolationspuffer: 50 mM Hepes NaOH, 330 mM Sorbit, 2 mM EDTA, 1,0 mM MnCl 2, 1,0 mM MgCl 2, 10 mM KCl und 1,0 mM NaCl. Der pH-Wert auf 7,6 mit NaOH und HCl und im Kühlschrank lagern vor dem Gebrauch. </li><li> Wenn die Blätter sind nichteine genetisch kodierte Stromatumoren Fluorophore, bereiten Carboxyfluoresceindiacetat (CFDA) Lösung zum Ausdruck: 50 mM CFDA-Stammlösung in Dimethylsulfoxid (DMSO) (2,3 mg CFDA pro 1,0 ml DMSO). HINWEIS: Die genaue Konzentration ist nicht kritisch. Halten Sie CFDA Lager im Dunkeln zu allen Zeiten. Speichern von kleinen Aliquots von 50 mM CFDA bei -20 ° C. </li><li> Zur Isolierung Chloroplasten, entfernen ~ 5-10 g Blätter von verschiedenen Pflanzen und spülen Sie kurz in kaltem Wasser. Ab sofort übertragen zu 50 ml kaltem Extraktionspuffer. Grind Blätter einen Mixer mit mehreren kurzen Impulsen. Man filtriert durch zwei oder drei Schichten Seihtuch Blattreste zu entfernen, unterteilen die extrahierte Chloroplasten in zwei 50 ml-Zentrifugenröhrchen und zentrifugieren für 1 min bei 750 x g. </li><li> Überstand verwerfen und resuspendieren die grünen Chloroplasten in 10 ml Isolationspuffer. Zentrifuge erneut für 1 min bei 750 xg, Überstand verwerfen und Resuspension Chloroplasten in Isolationspuffer Endvolumen auf 5 ml zu bringen. </li><li> Transfer 201; l der Chloroplasten zu einer Folie, Deckel mit einem Deckglas und beginnen Mikroskopie. HINWEIS: Chloroplasten aus transgenen Pflanzen plastidenspezifische gezielte fluoreszierende Proteine ​​exprimieren, sind nun bereit für die Visualisierung durch konfokale Fluoreszenzmikroskopie. </li><li> Stain Chloroplasten von Pflanzen, die nicht plastidenspezifische gezielte fluoreszierende Proteine ​​exprimieren stromules zu visualisieren. <ol><li> In 5 ul 50 mM CFDA Lager zu den 5 ml in Isolationspuffer-Chloroplasten suspendiert. Bringen Sie die Endkonzentration auf 50 &amp; mgr; M. </li><li> Lassen Sie Chloroplasten für 5 min inkubiert und dann übertragen Sie eine kleine Teilmenge (~ 50 &amp; mgr; l) zu einer Folie, Deckel mit einem Deckglas und beginnen Mikroskopie. </li><li> Verwenden Sie ein FITC oder GFP-Filtersatz. Verwenden Sie ein 20X Ziel vieler Chloroplasten gleichzeitig sichtbar zu machen, oder ein höheres Ziel, einen einzelnen isolierten Chloroplasten zu visualisieren. HINWEIS: CFDA innerhalb des Stroma von intakten Chloroplasten fluoresziert. </li><li> Wenn es eine starke Hintergrundfluoreszenz, waschen Sie die chloroplasts wieder in 10 ml Isolationspuffer nach der 5 min Inkubation mit CFDA, Zentrifuge für 1 min bei 750 · g, Überstand verwerfen und Resuspension in 5 ml Isolationspuffer. </li></ol></li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Wenn stromules untersuchen, drei wichtige Faktoren müssen in allen in Betracht gezogen werden: (i) Manipulation des Pflanzengewebes muss auf ein absolutes Minimum beschränkt werden, (ii) das experimentelle System muss konsistent gehalten werden, und (iii) Probenahmestrategien sorgfältig geplant werden müssen, um sicherzustellen, robust, sind reproduzierbare Daten analysiert. Stromules sind bemerkenswert dynamisch: sie, bevor ein Beobachter die Augen unter dem Mikroskop schnell ein- und ausfahren kann. Zudem variiert Stromulus Frequenz signifikant in Reaktion auf eine Vielzahl von Behandlungen, einschließlich der Stimuli, die nicht vermieden werden kann, um stromules (wie Blatt Verwundung) visualisieren. Die primäre Lösung für dieses Problem, das mit den hier beschriebenen Protokolle adressiert wird, ist gut kontrollierte Experimente durchzuführen, wobei alle Variablen konsistent. Dazu gehören beispielsweise jede Probe zur Visualisierung Vorbereitung unmittelbar bevor es dem Mikroskop zu bringen; Pflanzen nicht beschädigt werden,bis unmittelbar vor Visualisierung. Die zweite Lösung für dieses Problem ist die Komplexität der Protokolle zu minimieren: Im Idealfall werden alle Behandlungen sollten ohne Entfernen des Blattes oder verursacht Schaden direkt auf die Pflanze aufgebracht werden. Stromules wurden in einer verwirrenden Vielzahl von Arten und Zelltypen, einschließlich Weizenwurzelhaare, Tomatenfrüchten und etiolated Tabak Setzlinge 8,19 sucht. Diese Pionierarbeiten voran das Verständnis der Stromulus Dynamik der Pflanzenentwicklung und erforscht den Bereich der Stromulus Aktivität. Zeichnung Vergleiche von diesen verschiedenen experimentellen Systemen können jedoch zu Fehlinterpretationen führen, da verschiedene Arten von Plastiden in deutlich verschiedenen biologischen Prozessen beteiligt sind. Beispielsweise Chloroplasten machen stromules in Reaktion auf oxidativen Stress, der durch die photosynthetischen Elektronenkette verursacht, aber da Leukoplasten photo Maschinen fehlt, sind sie auf die nicht empfindlichgleiche Reize 9. Jede Versuchssystem verwendet werden stromules zu untersuchen, aber die Versuchssystem muss während der gesamten Studie konsistent gehalten werden, wenn irgendwelche Vergleiche gezogen werden. Faktoren zu berücksichtigen Spezies, Zelltyp, Entwicklungsstadium oder dem Alter der Pflanze und ein Verfahren zur Färbung stromules (entweder durch stabile Transgen-Expression, vorübergehende Transgen-Expression oder eine externe Fluorophore) umfassen; sogar leichte Variationen dieser Faktoren kann später die Interpretation der Ergebnisse durcheinander bringen. Schließlich muss jede Studie von Stromulus Biologie eine robuste, zuverlässige Probenahmestrategie verwenden, um sicherzustellen, dass die Ergebnisse sind reproduzierbar und biologisch relevant. Sampling wiederholt aus einer einzigen Anlage, beispielsweise Aufnahme von Bildern aus verschiedenen Regionen eines Blattes, wird offenbar statistische Aussagekraft zu verbessern, kann aber irreführend sein. Wie oben in den repräsentativen Daten gezeigt, kann die Stromulus Frequenz eines einzelnen Blattes dramatisch von der mittleren Frequenz variieren Stromulusüber viele Blätter: in diesem Blatt, das während des Tages, 37,9% der Chloroplasten aus stromules, obwohl die mittlere Frequenz über Stromulus Blätter während des Tages fast die Hälfte, nur 20,8% betrug visualisiert wurde. Darüber hinaus gegeben, wie wenig über Stromulus Dynamik zu diesem Zeitpunkt bekannt ist, sollte jeder Versuch völlig mindestens dreimal wiederholt werden, und wenn möglich, um sicherzustellen, dass unvorhergesehene Variablen für alle Änderungen in Stromulus Aktivität verantwortlich sind, die beobachtet werden. Vor allem, da nur die Stromulus Biologie Feld zu starten beginnt, sollten die Forscher sorgfältig dokumentieren und alle Aspekte des experimentellen Designs berichten, einschließlich kreative Abweichungen von dem einfachen Protokoll hier beschrieben.

Chloroplasts are dynamic organelles in plant cells responsible for photosynthesis and a host of other metabolic processes. Signaling pathways from the chloroplast also exert significant influence on plant physiology and development, coordinating plant responses to environmental stress, pathogens, and even leaf shape1-6. Recently, biologists have gained interest in a poorly understood aspect of chloroplast structure: stromules, very thin stroma-filled tubules that extend from the surface of the chloroplast7.
The biological functions of stromules remain unknown, although stromule frequency is known to vary in response to environmental stimuli7-9, and stromules may be capable of transmitting signaling molecules between organelles6. All types of plastids (not only the green, photosynthetic chloroplasts, but also clear leucoplasts, starch-filled amyloplasts, and pigmented chromoplasts, to name a few types of plastids) make stromules, and stromules are found in all land plant species that have been examined to date. Stromules can extend and retract dynamically, appearing or disappearing within seconds, or they can remain relatively stationary for long times. One of the major hurdles facing stromule biologists is that stromules are often studied using dramatically different methods, tissues, and species, making comparisons across the stromule biology literature difficult. Going forward, standard practices and thorough descriptions of the experimental systems used to study stromules will be critical to discovering the function of these ubiquitous features of chloroplast morphology.
Here we describe methods for visualizing stromule formation in the epidermal chloroplasts of Nicotiana benthamiana leaves. In the mesophyll, chloroplasts are densely packed into large, three-dimensional cells, which makes it difficult to accurately and rapidly visualize stromules by confocal microscopy. By contrast, epidermal cells are relatively flat, contain fewer chloroplasts, and are at the surface of the leaf, allowing for easy and rapid visualization of stromules. N. benthamiana is an ideal model system for these experiments because, unlike many plant species, all cells in the epidermis of N. benthamiana make chloroplasts10. In the epidermis of most plants, including Arabidopsis thaliana, only the stomatal guard cells have chloroplasts, while other epidermal cells have "leucoplasts", plastids that are clear, relatively amorphous, and nonphotosynthetic9,11,12. Thus, whereas a single field of view of an A. thaliana epidermis might show only a handful of chloroplasts in a pair of guard cells, a field of view of an N. benthamiana epidermis will include dozens or even hundreds of chloroplasts. All of the methods described here, however, can be modified to investigate other questions in stromule biology; for example, we have used the same approach to study leucoplast stromules of A. thaliana9.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Hepes</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">H3375</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">NaOH</td>
			<td style="width:71px;">Fischer-Scientific</td>
			<td style="width:119px;">S320-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Sorbitol</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">S1876</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">EDTA</td>
			<td style="width:71px;">Fischer-Biotech</td>
			<td style="width:119px;">BP121</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">MnCl2</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">221279</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">MgCl2</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">M0250</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">KCl</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">P3911</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">NaCl</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">S9625</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Laser Scanning Confocal Microscope&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Carl Zeiss Inc</td>
			<td style="width:119px;">Model: LSM710</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Carboxyfluorescein diacetate (CFDA)</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">21879&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Dimethyl sulfoxide (DMSO)</td>
			<td style="width:71px;">EMD</td>
			<td style="width:119px;">MX1458-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Waring blender</td>
			<td style="width:71px;">Waring&#160;</td>
			<td style="width:119px;">Model: 31BL92</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Fiji</td>
			<td style="width:71px;">fiji.sc</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Open-source software for analyzing biological images</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

visualizing stromule frequency with fluorescence microscopy

Stromules, or "stroma-filled tubules", are narrow, tubular extensions from the surface of the chloroplast that are universally observed in plant cells but whose functions remain mysterious. Alongside growing attention on the role of chloroplasts in coordinating plant responses to stress, interest in stromules and their relationship to chloroplast signaling dynamics has increased in recent years, aided by advances in fluorescence microscopy and protein fluorophores that allow for rapid, accurate visualization of stromule dynamics. Here, we provide detailed protocols to assay stromule frequency in the epidermal chloroplasts of Nicotiana benthamiana, an excellent model system for investigating chloroplast stromule biology. We also provide methods for visualizing chloroplast stromules in vitro by extracting chloroplasts from leaves. Finally, we outline sampling strategies and statistical approaches to analyze differences in stromule frequencies in response to stimuli, such as environmental stress, chemical treatments, or gene silencing. Researchers can use these protocols as a starting point to develop new methods for innovative experiments to explore how and why chloroplasts make stromules.

Dieses Protokoll wurde verwendet , Stromulus Frequenz am Tag sichtbar zu machen und in der Nacht in den Kotyledonen der jungen N. benthamiana Sämlinge. Scheiben von einem z- Stapel wurden in einem einzigen Bild (Abbildung 1A) verschmolzen. Zur visuellen Zwecken wurde das Bild dann entsättigt und invertiert , so daß Stroma erscheint schwarz (1B). Die Chloroplasten wurden beschriftet entweder als keine stromules mit (grüner Stern) oder mit mindestens einem Stromulus (Magenta Stern). Von den 87 epidermalen Chloroplasten sichtbar gemacht, haben 33 stromules. Somit ist die Frequenz in diesem Stromulus Blatt 37,9%. Mit dieser Analyse wurde das Protokoll für weitere 21 Pflanzen wiederholt (ein Blatt pro Pflanze) während des Tages und insgesamt 24 Pflanzen in der Nacht. An dem Tag war der durchschnittliche Stromulus Frequenz 20,8 ± 1,8%; in der Nacht, war die durchschnittliche Stromulus Frequenz von 12,8 ± 0,9% (Abbildung2). Stromulus Frequenz war während des Tages deutlich höher, wie der t - Test bestimmt Welch (n ≥ 22, p &lt;0,0005). Beachten Sie, dass , obwohl mehr als 23.000 Chloroplasten und mehrere hundert Zellen beobachtet wurden, die Stichprobengröße, n, wird als 22 berichtet, untersucht die Anzahl der unabhängigen Pflanzen. Nach der Isolierung aus Blättern von N. Mit dem Protokoll hier beschriebenen Chloroplasten stromules wurden in vitro beobachtet benthamiana plastidenspezifische gezielte GFP (3A) exprimieren, oder nach CFDA mit Chloroplasten von N. isoliert zu färben benthamiana (3B) oder Spinacia oleracea (3C). <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/54692/54692fig1.jpg" /> Abbildung 1. Quantifizieren Stromulus Frequenz in N. benthamiana Blätter. (A) A z -stack aus einem Teilsichtfeld der Epidermis von N. benthamiana exprimierenden Stromatumoren GFP wurde fusionierte alle epidermalen Chloroplasten und stromules in einem einzigen Bild zu zeigen. (B) Dieses Bild wurde umgewandelt in Schwarzweiß und für visuelle Zwecke invertiert. Chloroplasten mit stromules werden durch einen Magenta * gekennzeichnet; Chloroplasten ohne stromules sind mit einem grünen Sternchen gekennzeichnet. Maßstabsbalken repräsentieren 10 &amp; mgr; m. Geändert von Brunkard et al. 9 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54692/54692fig1large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54692/54692fig1large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/54692/54692fig2.jpg" /> Abbildung 2. Vergleicht man Stromulus Frequenz über Bedingungen. Dieses Protokoll wurde verwendet , um die str zu bestimmenOmule Frequenz in 22 Anlagen in den Tag und 24 Pflanzen in der Nacht. Stromulus Frequenz war im Laufe des Tages deutlich höher als in der Nacht (Welch-t - Test, n ≥ 22, p &lt;0,0005). Fehlerbalken zeigen Standardfehler. Geändert von Brunkard et al. 9 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54692/54692fig2large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54692/54692fig2large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/54692/54692fig3.jpg" /> Abbildung 3. Visualizing stromules nach intakten Chloroplasten aus den Blättern extrahiert wird . (A) Chloroplasten aus transgenen N. benthamiana Blätter ausgedrückt GFP (grün) auf den Chloroplasten gezielt wurden unter Verwendung der beschriebenen Protokolle hier isoliert. (B) Chloroplasten wurden aus Wildtyp N. isoliert benthamiana Blätter und gefärbt mit CFDA, die Fluoresces nur innerhalb intakten, lebensfähigen Chloroplasten (gelb dargestellt). (C) Chloroplasten können auch aus anderen Pflanzenarten, wie Spinat (S. oleracea) isoliert werden und dann mit CFDA (gelb) gefärbt. Chlorophyll ist die Autofluoreszenz in rot dargestellt. Geändert von Brunkard et al. 9

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Visualizing Stromule Frequency with Fluorescence Microscopy

Protocols to investigate the dynamics of chloroplast stromules, the stroma-filled tubules that extend from the surface of chloroplasts, are described.

Visualizing Stromulus Frequenz mit Fluoreszenzmikroskopie

Stromules, or "stroma-filled tubules", are narrow, tubular extensions from the surface of the chloroplast that are universally observed in plant cells but ...

visualizing-stromule-frequency-with-fluorescence-microscopy

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Biology

8.0K Aufrufe.  USDA. Protocols to investigate the dynamics of chloroplast stromules, the stroma-filled tubules that extend from the surface of chloroplasts, are described.

Serie: Visualizing Stromule Frequency with Fluorescence Microscopy

Visualizing the Live Drosophila Glial-neuromuscular Junction with Fluorescent Dyes

Our project identified GFP labeled glial structures at the developing larval fly neuromuscular synapse. To look at development of live glial-nerve-muscle synapses, we developed a larval tissue preparation that had features of live intact larvae, but also had good optical properties.  This new preparation also allowed for access of perfusates to the synapse.  We used fly larvae, immersed them in artificial hemolymph, and relaxed their normal rhythmic body contractions by chilling them. Next we dissected off the posterior segments of each animal and with a blunt insect pin pushed the mouth parts backward through the body cavity.  This everted the larval body wall, like turning a sock inside-out.  We completed the dissection with ultra-fine dissection scissors and thus exposed the visceral side of the body wall muscles. The glial structures at the NMJ expressed membrane targeted GFP under the control of glial specific promoters. The post-synaptic membrane, the SSR (Subsynaptic Reticula) in muscle expressed synaptically targeted dsRed. We needed to acutely label the motor neuron terminals, the third part of the synapse. To do this we applied primary antibodies to HRP, conjugated to a far-red emitting flurophore.  To test for dye diffusion properties into the perisynaptic space between the motor neuron terminals and the SSR, we applied a solution of large Dextran molecules conjugated to far-red emitting flurophore and collected images.

Visualizing the Live Drosophila Glial-neuromuscular Junction with Fluorescent Dyes

We described structural features of the Glia-neuromuscular synapses in a novel Inside-out tissue preparation of live fly larvae using fluorescent dyes with confocal microscopy. We labeled live neuron terminals with fluorescent primary antibodies to HRP, and also visualized the perisynaptic space with fluorescent Dextrans.

Visualisierung der Live- Drosophila Glial-neuromuskulären Synapse mit Fluoreszenzfarbstoffen

Our project identified GFP labeled glial structures at the developing larval fly neuromuscular synapse. To look at development of live glial-nerve-muscle ...

Forschung

Biologie

Visualizing Single Molecular Complexes In Vivo Using Advanced Fluorescence Microscopy

Full insight into the mechanisms of living cells can be achieved only by investigating the key processes that elicit and direct events at a cellular level. To date the shear complexity of biological systems has caused precise single-molecule experimentation to be far too demanding, instead focusing on studies of single systems using relatively crude bulk ensemble-average measurements. However, many important processes occur in the living cell at the level of just one or a few molecules; ensemble measurements generally mask the stochastic and heterogeneous nature of these events. Here, using advanced optical microscopy and analytical image analysis tools we demonstrate how to monitor proteins within a single living bacterial cell to a precision of single molecules and how we can observe dynamics within molecular complexes in functioning biological machines. The techniques are directly relevant physiologically. They are minimally-perturbative and non-invasive to the biological sample under study and are fully attuned for investigations in living material, features not readily available to other single-molecule approaches of biophysics. In addition, the biological specimens studied all produce fluorescently-tagged protein at levels which are almost identical to the unmodified cell strains ("genomic encoding"), as opposed to the more common but less ideal approach for generating significantly more protein than would occur naturally ('plasmid expression'). Thus, the actual biological samples which will be investigated are significantly closer to the natural organisms, and therefore the observations more relevant to real physiological processes.

Visualizing Single Molecular Complexes In Vivo Using Advanced Fluorescence Microscopy

Here we demonstrate the protocols for performing single-molecule fluorescence microscopy on living bacterial cells to enable functional molecular complexes to be detected, tracked and quantified.

Visualizing Einzelne molekulare Komplexe In Vivo Verwenden der erweiterten Fluoreszenzmikroskopie

Full insight into the mechanisms of living cells can be achieved only by investigating the key processes that elicit and direct events at a cellular ...

Visualizing Single-molecule DNA Replication with Fluorescence Microscopy

We describe a simple fluorescence microscopy-based real-time method for observing DNA replication at the single-molecule level. A circular, forked DNA template is attached to a functionalized glass coverslip and replicated extensively after introduction of replication proteins and nucleotides (Figure 1). The growing product double-strand DNA (dsDNA) is extended with laminar flow and visualized by using an intercalating dye. Measuring the position of the growing DNA end in real time allows precise determination of replication rate (Figure 2). Furthermore, the length of completed DNA products reports on the processivity of replication. This experiment can be performed very easily and rapidly and requires only a fluorescence microscope with a reasonably sensitive camera.


This protocol demonstrates a simple single-molecule fluorescence microscopy technique for visualizing DNA replication by individual replisomes in real time.

Visualizing Einzel-Molekül-DNA-Replikation mit Fluoreszenz-Mikroskopie

We describe a simple fluorescence microscopy-based real-time method for observing DNA replication at the single-molecule level. A circular, forked DNA ...

Time-lapse Imaging of Mitosis After siRNA Transfection

Changes in cellular organization and chromosome dynamics that occur during mitosis are tightly coordinated to ensure accurate inheritance of genomic and cellular content. Hallmark events of mitosis, such as chromosome movement, can be readily tracked on an individual cell basis using time-lapse fluorescence microscopy of mammalian cell lines expressing specific GFP-tagged proteins. In combination with RNAi-based depletion, this can be a powerful method for pinpointing the stage(s) of mitosis where defects occur after levels of a particular protein have been lowered. In this protocol, we present a basic method for assessing the effect of depleting a potential mitotic regulatory protein on the timing of mitosis. Cells are transfected with siRNA, placed in a stage-top incubation chamber, and imaged using an automated fluorescence microscope. We describe how to use software to set up a time-lapse experiment, how to process the image sequences to make either still-image montages or movies, and how to quantify and analyze the timing of mitotic stages using a cell-line expressing mCherry-tagged histone H2B. Finally, we discuss important considerations for designing a time-lapse experiment. This strategy is complementary to other approaches and offers the advantages of 1) sensitivity to changes in kinetics that might not be observed when looking at cells as a population and 2) analysis of mitosis without the need to synchronize the cell cycle using drug treatments. The visual information from such imaging experiments not only allows the sub-stages of mitosis to be assessed, but can also provide unexpected insight that would not be apparent from cell cycle analysis by FACS.

Here we describe a basic protocol to image and quantify the mitotic timing of live mammalian tissue culture cells after siRNA transfection.

Zeitraffer-Imaging der Mitose Nach siRNA-Transfektion

Changes in cellular organization and chromosome dynamics that occur during mitosis are tightly coordinated to ensure accurate inheritance of genomic and ...

Cell Electrofusion Visualized with Fluorescence Microscopy

Cell electrofusion is a safe, non-viral and non-chemical method that can be used for preparing hybrid cells for human therapy. Electrofusion involves application of short high-voltage electric pulses to cells that are in close contact. Application of short, high-voltage electric pulses causes destabilization of cell plasma membranes. Destabilized membranes are more permeable for different molecules and also prone to fusion with any neighboring destabilized membranes. Electrofusion is thus a convenient method to achieve a non-specific fusion of very different cells in vitro. In order to obtain fusion, cell membranes, destabilized by electric field, must be in a close contact to allow merging of their lipid bilayers and consequently their cytoplasm. In this video, we demonstrate efficient electrofusion of cells in vitro by means of modified adherence method. In this method, cells are allowed to attach only slightly to the surface of the well, so that medium can be exchanged and cells still preserve their spherical shape. Fusion visualization is assessed by pre-labeling of the cytoplasm of cells with different fluorescent cell tracker dyes; half of the cells are labeled with orange CMRA and the other half with green CMFDA. Fusion yield is determined as the number of dually fluorescent cells divided with the number of all cells multiplied by two.

In this video we demonstrate efficient electrofusion of cells in vitro by means of modified adherence method using electroporation and the subsequent detection of fused cells visualization with fluorescence microscopy.

Zell Elektroschweißmuffe Visualisierte mit Fluoreszenz-Mikroskopie

Cell electrofusion is a safe, non-viral and non-chemical method that can be used for preparing hybrid cells for human therapy. Electrofusion involves ...

Quantitative Live Cell Fluorescence-microscopy Analysis of Fission Yeast

Several microscopy techniques are available today that can detect a specific protein within the cell. During the last decade live cell imaging using fluorochromes like Green Fluorescent Protein (GFP) directly attached to the protein of interest has become increasingly popular 1. Using GFP and similar fluorochromes the subcellular localisations and movements of proteins can be detected in a fluorescent microscope. Moreover, also the subnuclear localisation of a certain region of a chromosome can be studied using this technique. GFP is fused to the Lac Repressor protein (LacR) and ectopically expressed in the cell where tandem repeats of the lacO sequence has been inserted into the region of interest on the chromosome2. The LacR-GFP will bind to the lacO repeats and that area of the genome will be visible as a green dot in the fluorescence microscope. Yeast is especially suited for this type of manipulation since homologous recombination is very efficient and thereby enables targeted integration of the lacO repeats and engineered fusion proteins with GFP 3. Here we describe a quantitative method for live cell analysis of fission yeast. Additional protocols for live cell analysis of fission yeast can be found, for example on how to make a movie of the meiotic chromosomal behaviour 4. In this particular experiment we focus on subnuclear organisation and how it is affected during gene induction. We have labelled a gene cluster, named Chr1, by the introduction of lacO binding sites in the vicinity of the genes. The gene cluster is enriched for genes that are induced early during nitrogen starvation of fission yeast 5. In the strain the nuclear membrane (NM) is labelled by the attachment of mCherry to the NM protein Cut11 giving rise to a red fluorescent signal. The Spindle Pole body (SPB) compound Sid4 is fused to Red Fluorescent Protein (Sid4-mRFP) 6. In vegetatively growing yeast cells the centromeres are always attached to the SPB that is embedded in the NM 7. The SPB is identified as a large round structure in the NM. By imaging before and 20 minutes after depletion of the nitrogen source we can determine the distance between the gene cluster (GFP) and the NM/SPB. The mean or median distances before and after nitrogen depletion are compared and we can thus quantify whether or not there is a shift in subcellular localisation of the gene cluster after nitrogen depletion.

The fission yeast, Schizosaccharomyces pombe, is a good model system to study basic cellular processes. Here we describe a method to perform quantitative live cell analysis of fission yeast. In this particular experiment we focus on organisation of the genome within the cell nucleus, but the method can also be used to study cytosolic factors.

Quantitative Live Cell Fluoreszenz-Mikroskopie Analyse von Fission Yeast

Several microscopy techniques are available today that can detect a specific protein within the cell. During the last decade live cell imaging using ...

Visualizing Bacteria in Nematodes using Fluorescent Microscopy

Symbioses, the living together of two or more organisms, are widespread throughout all kingdoms of life. As two of the most ubiquitous organisms on earth, nematodes and bacteria form a wide array of symbiotic associations that range from beneficial to pathogenic 1-3. One such association is the mutually beneficial relationship between Xenorhabdus bacteria and Steinernema nematodes, which has emerged as a model system of symbiosis 4. Steinernema nematodes are entomopathogenic, using their bacterial symbiont to kill insects 5. For transmission between insect hosts, the bacteria colonize the intestine of the nematode's infective juvenile stage 6-8. Recently, several other nematode species have been shown to utilize bacteria to kill insects 9-13, and investigations have begun examining the interactions between the nematodes and bacteria in these systems 9.
We describe a method for visualization of a bacterial symbiont within or on a nematode host, taking advantage of the optical transparency of nematodes when viewed by microscopy. The bacteria are engineered to express a fluorescent protein, allowing their visualization by fluorescence microscopy. Many plasmids are available that carry genes encoding proteins that fluoresce at different wavelengths (i.e. green or red), and conjugation of plasmids from a donor Escherichia coli strain into a recipient bacterial symbiont is successful for a broad range of bacteria. The methods described were developed to investigate the association between Steinernema carpocapsae and Xenorhabdus nematophila 14. Similar methods have been used to investigate other nematode-bacterium associations 9,15-18and the approach therefore is generally applicable.
The method allows characterization of bacterial presence and localization within nematodes at different stages of development, providing insights into the nature of the association and the process of colonization 14,16,19. Microscopic analysis reveals both colonization frequency within a population and localization of bacteria to host tissues 14,16,19-21. This is an advantage over other methods of monitoring bacteria within nematode populations, such as sonication 22or grinding 23, which can provide average levels of colonization, but may not, for example, discriminate populations with a high frequency of low symbiont loads from populations with a low frequency of high symbiont loads. Discriminating the frequency and load of colonizing bacteria can be especially important when screening or characterizing bacterial mutants for colonization phenotypes 21,24. Indeed, fluorescence microscopy has been used in high throughput screening of bacterial mutants for defects in colonization 17,18, and is less laborious than other methods, including sonication 22,25-27and individual nematode dissection 28,29.

To study the mutualism between Xenorhabdus bacteria and Steinernema nematodes, methods were developed to monitor bacterial presence and location within nematodes. The experimental approach, which can be applied to other systems, entails engineering bacteria to express the green fluorescent protein and visualizing, using fluorescence microscopy bacteria within the transparent nematode.

Visualisierung Bakterien in Nematoden durch Fluoreszenzmikroskopie

 
Symbioses, the living together of two or more organisms, are widespread throughout all kingdoms of life. As two of the most ubiquitous organisms on ...

Simultaneous Multicolor Imaging of Biological Structures with Fluorescence Photoactivation Localization Microscopy

Localization-based super resolution microscopy can be applied to obtain a spatial map (image) of the distribution of individual fluorescently labeled single molecules within a sample with a spatial resolution of tens of nanometers. Using either photoactivatable (PAFP) or&#160;photoswitchable (PSFP) fluorescent proteins fused to proteins of interest, or organic dyes conjugated to antibodies or other molecules of interest, fluorescence photoactivation localization microscopy (FPALM) can simultaneously image multiple species of molecules within single cells. By using the following approach, populations of large numbers (thousands to hundreds of thousands) of individual molecules are imaged in single cells and localized with a precision of ~10-30 nm. Data obtained can be applied to understanding the nanoscale spatial distributions of multiple protein types within a cell. One primary advantage of this technique is the dramatic increase in spatial resolution: while diffraction limits resolution to ~200-250 nm in conventional light microscopy, FPALM can image length scales more than an order of magnitude smaller. As many biological hypotheses concern the spatial relationships among different biomolecules, the improved resolution of FPALM can provide insight into questions of cellular organization which have previously been inaccessible to conventional fluorescence microscopy. In addition to detailing the methods for sample preparation and data acquisition, we here describe the optical setup for FPALM. One additional consideration for researchers wishing to do super-resolution microscopy is cost: in-house setups are significantly cheaper than most commercially available imaging machines. Limitations of this technique include the need for optimizing the labeling of molecules of interest within cell samples, and the need for post-processing software to visualize results. We here describe the use of PAFP and PSFP expression to image two protein species in fixed cells. Extension of the technique to living cells is also described.

We demonstrate the use of fluorescence photo activation localization microscopy (FPALM) to simultaneously image multiple types of fluorescently labeled molecules&#160;within cells. The techniques described yield the localization of thousands to hundreds of thousands of individual fluorescent labeled proteins, with a precision of tens of nanometers&#160;within single cells.

Simultane Multicolor-Imaging biologischer Strukturen mit Fluoreszenzphotoaktivierung Lokalisationsmikroskopie

Localization-based super resolution microscopy can be applied to obtain a spatial map (image) of the distribution of individual fluorescently labeled ...

Rapid Analysis and Exploration of Fluorescence Microscopy Images

Despite rapid advances in high-throughput microscopy, quantitative image-based assays still pose significant challenges. While a variety of specialized image analysis tools are available, most traditional image-analysis-based workflows have steep learning curves (for fine tuning of analysis parameters) and result in long turnaround times between imaging and analysis. In particular, cell segmentation, the process of identifying individual cells in an image, is a major bottleneck in this regard.
Here we present an alternate, cell-segmentation-free workflow based on PhenoRipper, an open-source software platform designed for the rapid analysis and exploration of microscopy images. The pipeline presented here is optimized for immunofluorescence microscopy images of cell cultures and requires minimal user intervention. Within half an hour, PhenoRipper can analyze data from a typical 96-well experiment and generate image profiles. Users can then visually explore their data, perform quality control on their experiment, ensure response to perturbations and check reproducibility of replicates. This facilitates a rapid feedback cycle between analysis and experiment, which is crucial during assay optimization. This protocol is useful not just as a first pass analysis for quality control, but also may be used as an end-to-end solution, especially for screening. The workflow described here scales to large data sets such as those generated by high-throughput screens, and has been shown to group experimental conditions by phenotype accurately over a wide range of biological systems. The PhenoBrowser interface provides an intuitive framework to explore the phenotypic space and relate image properties to biological annotations. Taken together, the protocol described here will lower the barriers to adopting quantitative analysis of image based screens.

Here we describe a workflow for rapidly analyzing and exploring collections of fluorescence microscopy images using PhenoRipper, a recently developed image-analysis platform.

Schnelle Analyse und Exploration von Fluoreszenzmikroskopie Images

Despite rapid advances in high-throughput microscopy, quantitative image-based assays still pose significant challenges. While a variety of specialized ...

Analysis of Autophagy in Penicillium chrysogenum by Using Starvation Pads in Combination With Fluorescence Microscopy

The study of cellular quality control systems has emerged as a highly dynamic and relevant field of contemporary research. It has become clear that cells possess several lines of defense against damage to biologically relevant molecules like nucleic acids, lipids and proteins. In addition to organelle dynamics (fusion/fission/motility/inheritance) and tightly controlled protease activity, the degradation of surplus, damaged or compromised organelles by autophagy (cellular &#8216;self-eating&#8217;) has received much attention from the scientific community. The regulation of autophagy is quite complex and depends on genetic and environmental factors, many of which have so far not been elucidated. Here a novel method is presented that allows the convenient study of autophagy in the filamentous fungus Penicillium chrysogenum. It is based on growth of the fungus on so-called &#8216;starvation pads&#8217; for stimulation of autophagy in a reproducible manner. Samples are directly assayed by microscopy and evaluated for autophagy induction / progress. The protocol presented here is not limited for use with P. chrysogenum and can be easily adapted for use in other filamentous fungi.

Analysis of Autophagy in Penicillium chrysogenum by Using Starvation Pads in Combination With Fluorescence Microscopy

A convenient and powerful method for studying autophagy in Penicillium chrysogenum by using starvation pads (mixtures of agarose and tap water in a microscope slide containing a central cavity) is presented here.

Die Analyse der Autophagie in<em&gt; Penicillium chrysogenum</em&gt; Mithilfe von Starvation Pads in Kombination mit Fluoreszenzmikroskopie

The study of cellular quality control systems has emerged as a highly dynamic and relevant field of contemporary research. It has become clear that cells ...