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이 프로토콜 라이브 이미지 촬영 정점 meristems 레이저 스캐닝 confocal 현미경 검사 법을 사용 하 여 다른 식물 종에서 분석 하는 방법을 제공 합니다.
줄기 세포 보존된 저수지와 그것으로 촬영 정점 분열 조직 (SAM) 함수 postembryonic 개발 하는 동안 거의 모든 지상 직물을 생성 합니다. 활동 및 SAMs의 형태학 생식 기관, 그리고 가장 중요 한 것은, 곡물 수확량의 촬영 아키텍처, 크기와 같은 중요 한 농경 특성을 결정합니다. 여기, 우리는 레이저 confocal 현미경 검사를 통해 표면 형태와 다른 종에서 살아있는 SAMs의 내부 세포의 구조를 분석 하기 위한 상세한 프로토콜을 제공 합니다. 내에서 높은 해상도의 3 차원 (3D) 이미지 수집 샘플 준비에서 모든 절차를 수행할 수 있습니다 짧은 20 분. 이 프로토콜은 고효율 화 서 조직과의 개발을 공부 하는 간단 하지만 강력한 도구를 제공 하는 모델 종 뿐만 아니라 다른 작물에서 식물 meristems의 SAMs 뿐만 아니라 공부에 대 한 설명 다른 식물 종에 걸쳐 meristems입니다.
식물 분열 조직 미 분화 줄기 세포의 수영장을 포함 하 고 지속적으로 격려 하 고 식물의 기관 성장과 개발1. Postembryonic 개발 하는 동안 식물의 거의 모든 지상 직물은 싹 정점 분열 조직 (SAM)에서 파생 됩니다. 작물, 활동 및 SAM과 그 파생된 꽃 meristems의 크기는 촬영 아키텍처, 과일 생산, 씨 수확량 등 많은 농경 특성 밀접 하 게 연관 된다. 예를 들어 토마토, 확대 샘 하면 촬영 및 꽃이 핌 분기, 증가 하 고 따라서 여분의 꽃 및 과일 장기2생성 결과. 옥수수에서 SAM 크기 증가 더 높은 씨 수 및 총 수익률3,4이끌어 낸다. 콩, 분열 조직 불확정성 촬영 아키텍처에 밀접 하 게 연관 이며 또한5항복.
형태학 및 SAMs의 여러 가지 방법으로, 조직학 단면/얼룩 및 스캐닝 전자 현미경 (SEM)6를 포함 하 여 둘 다 크게 제공을 통해 분열 조직 연구 고급 나타낼 수 있다 중 단면 보기 또는 SAMs의 3 차원 (3D) 표면 보기. 그러나, 두 방법 모두 시간이 걸리고, 데이터 수집, 샘플 준비에서 몇 가지 실험 단계를 포함 되며 이러한 메서드는 주로 고정된 샘플에 따라 달라 집니다. 레이저 스캐닝 confocal 현미경 검사 법 기술에서에서의 최근 발전 이러한 한계를 극복 하 고 세포의 구조 및 식물 조직 및 장기7,8의 발달 과정을 조사 하는 강력한 도구를 제공. 통해 물리적 조직 보다 광 단면, confocal 현미경 검사 법 수 수 일련의 z-스택 이미지 및 이미지 분석 소프트웨어를 통해 샘플의 후속 3D 재구성의 컬렉션.
여기, 우리 둘 다 내부 조사에 대 한 효율적인 절차에 설명 하 고 다른 생활 SAMs의 표면 구조 식물 종 레이저 confocal 현미경 검사 법, 잠재적으로 모든 실험을 수행 하는 연구를 수 있는 스캔을 사용 하 여 프로세스 내에서 20 분으로 짧은. 애기 꽃이 핌 SAMs9,10,11,12,,1314의 라이브 confocal 영상에 대 한 다른 게시 된 방법에서 다른 15 와 애기 꽃12,13, 여기이 프로토콜은 매우 효율적인 모델 종 뿐만 아니라 식물 촬영의 꽃이 핌 meristems 뿐만 아니라 공부에 대 한 설명 토마토, 콩 등 다른 작물에서 정점 meristems. 이 방법은 유전자 변형 형광 표식에 의존 하지 않는 하 고 잠재적으로 많은 다른 종 및 재배 품 정에서 촬영 meristems 연구에 적용할 수 있습니다. 또한, 우리는 또한 간단한 이미지 보기 및 3D 뷰에서 다른 SAMs를 분석 하기 위한 단계를 처리 소개 합니다. 함께 찍은,이 간단한 방법을 더 나은 구조와 모형 유기 체 및 작물에서 meristems의 발달 과정을 이해 하는 연구를 촉진 한다.
1. 미디어와 이미징 요리 준비
2. 식물 성장
3입니다. 촬영 꼭대기의 해 부
4. 얼룩
5. 이미지 모음
물 담그고 렌즈 x 20는 SAMs는 똑바로 confocal 현미경을 사용 하 여 몇 군데는 모두이 방법에 대 한 참고:와. 다른 프로토콜9,12,,1315에 설명 된 대로 그것은 또한 가능한 이미지 SAMs는 거꾸로 한 현미경을 사용 하 여. 또한, 라이브 영상 같은 샘플 준비 단계 confocal 현미경의 다른 브랜드를 사용 하 여 얻을 수 있습니다. 이 연구에서 이미징 단계 예를 들어 자세히 설명 합니다.
6. 이미지 처리
우리의 프로토콜의 효율성을 평가 하 고 하 여는 meristems의 형태를 다른 종, 우리 애기 에서 화 서 분열 조직에서 식물 meristems에 confocal 라이브 이미징 실험을 수행 했습니다. 둘 다 토마토와 콩입니다. 이 연구, 애기 ecotype 란 츠 베르크 erecta, 토마토 품종 마이크로 톰, 콩 품종에서 윌리엄스 82 예제로 사용 되었습니다.
애기 샘의 중간을 통해 직교 섹션에서 볼 때, 그것은 분명 PI 여러 세포 층 (그림 1A)에서 거의 모든 세포에서 가로 벽 얼룩 수 있었습니다. 화 서 샘의 모음을 통해 한 횡 근 섹션에서 XY 평면에서 셀은 또한 명확 하 게 몇 군데 (그림 1B). 3D 투영 뷰에 화 서 분열 조직 구조 같이 돔 형성 하 고 개발 꽃 primordia, 셀 또한 스테인드 하 고 몇 군데 (그림 1 C D) (영화 1)에 의해 둘러싸여.
토마토 샘의 중간을 통해 직교 섹션에서 볼 때, 그것은 분명 PI 여러 세포 층에 세포에서 가로 벽 얼룩 수 있었습니다, PI에서 신호 이지만 깊은 인테리어 지역 약간 낮습니다. 식물 샘의 깊은 계층을 통해 한 횡 근 섹션에서 XY 평면에서 세포는 또한 명확 하 게 몇 군데, 그리고 식물 분열 조직 및 잎 primordia 사이 형성 하는 경계는 또한 군데 (그림 2B). 모양의 포괄적인 보기 및 토마토 (그림 2 C D) (영화 2)에서 식물 분열 조직 조직에 더 3D 프로젝트 보기 제공할 수 있습니다.
콩 샘의 중간을 통해 직교 보기에서 우리는 돔 모양의 식물 분열 조직 및 그것의 파생 된 새로운 잎 primordia (그림 3A)를 볼 수 있습니다. 그러나 3D 투영 뷰에서 모두 콩 식물 분열 조직 및 토마토 식물 분열 조직 형성 구조 같이 돔, 콩 식물 분열 조직 모양 토마토 분열 조직 및 조직 및의 패턴에서 다르다, 이러한 두 SAMs를 둘러싼 잎 primordia는 별개 (그림 3B-C).
그림 1: 라이브 이미징와 애기의 꽃이 핌 샘을 분석. A 와 B. 광학 직교 (Orth) 및 가로 (트랜스) 섹션 같은 샘, PI (propidium 요오드 화물)의 중간 비행기의 얼룩 (보라색). C. 같은 샘의 3D 투영, PI 얼룩 (회색). D. 깊이 최고 지상 층 및 깊은 층을 대표 하는 빨강을 나타내는 블루와 3D 투영의 색상 코딩. 세포 벽은 PI와 스테인드 했다. 스케일 바: 20 µ m (A, B); 50 마이크론 (C, D) 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2: 라이브 이미징와 토마토의 무성 한 샘을 분석 합니다. A 와 B. 광학 직교 (Orth) 및 가로 (트랜스) 같은 샘의 중간 비행기의 섹션. C. 같은 샘의 3D 투영. D. 깊이 최고 지상 층 및 깊은 층을 대표 하는 빨강을 나타내는 블루와 3D 투영의 색상 코딩. 세포 벽은 PI와 스테인드 했다. 스케일 바: 20 µ m (A, B); 50 마이크론 (C, D) 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3: 라이브 이미징 및 콩의 무성 한 샘을 분석. A. 식물 샘의 중간 비행기의 한 광학 직교 (Orth) 섹션 보기. B. 같은 샘의 3D 투영. C. 깊이 최고 지상 층 및 깊은 층을 대표 하는 빨강을 나타내는 블루와 3D 투영의 색상 코딩. 세포 벽은 PI와 스테인드 했다. 스케일 바: 20 µ m (A); 50 마이크론 (B, C) 화살표: 잎 primordium입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
비디오 1: 그림1에서 애기 화 서 분열 조직의 3D 회전. 이 비디오를 보려면 여기 클릭 하십시오 (다운로드 오른쪽 클릭.)
비디오 2: 토마토 식물 분열 조직 그림2에서의 3D 회전. 이 비디오를 보려면 여기 클릭 하십시오 (다운로드 오른쪽 클릭.)
여기, 우리가 설명 사소한 수정, 다른 식물에서 촬영 정점 meristems의 연구에 적용할 수 있는 간단한 이미징 방법 모델 식물에서 식물 및 생식 단계에서 분열 조직 규칙을 공부 하는 새로운 길을 열기와 작물입니다. 현미경 및 조직학 얼룩 방법을 달리이 프로토콜 표면 보기와 노동 집약적인 샘플 고정 및/또는 단계를 구분 하는 조직에 대 한 필요 없이 SAMs의 내부 세포 구조를 공개 도울 수 있다. 이 프로토콜은 또한 잠재적으로 제공 하는 주요 유전자와 SAM16에서에서 단백질의 표정 패턴의 3 차원 보기를 얻을 수 있는 좋은 셀룰러 해상도 SAMs에 기반으로 하는 형광 기자에 대 한 설립된 이미징 방법에 호환 ,17,,1819. 또한, 여기에 설명 된 절차를 처리 하는 관련된 이미지 크게 도움이 연구원은 분석 하 고 3D, 진행 진화 개발 생물학 연구 및 농업 연구의 다른 종에서 SAMs를 비교할 수. 있습니다
이 간단한 프로토콜에서 몇 가지 중요 한 단계가 있습니다. 첫 번째, 샘플 준비와 해 부입니다. 식물 샘은 보통 primordia 및 촬영 끝에 젊은 장기를 개발 하 여 숨겨지고 confocal 현미경 직접 이미지 수 없습니다. 무성 한 샘을 이미지를 모든 잎 세 잎 primordia 괜 찮 보석 집게를 사용 하 여 SAM 위로 커버를 제거 하는 데 필요한입니다. 화 서 샘, 이미지를 신중 하 게 또한 괜 찮 보석 집게를 사용 하 여 SAM 노출 모든 젊은 꽃을 제거 하는 데 필요한입니다.
둘째, 라이브 셀 PI 솔루션을 사용 하 여 얼룩. 이 프로토콜을 사용 하 여 갓된 PI 솔루션 (1 mg/mL), 효율적인, 쉽고 빠르게 수행 하는 라이브 SAMs를 직접 시각화 하 세포 벽 얼룩. PI 솔루션 몇 주 동안 4 ° C에서 저장 될 수 있다, 비록 갓된 솔루션은 일반적으로 촬영 정점 meristems에 대 한 결과 얼룩이 지는 최고를 제공 합니다. 비록 PI 주로 살아있는 세포의 막을 교차 하지 않습니다 그리고 그것은 분명 셀룰러 윤곽선으로 그대로 셀 얼룩, 그것 쉽게 손상/죽은 세포를 관통 하 고 강하게 핵 및 다른 내부 막 시스템 그 손상 된 영역에 얼룩 잠재적으로 영향을 미치는 공초점 이미지의 품질. 따라서, 그것을 SAM는 얼룩에 대 한 샘플을 준비 하는 동안 물리적 손해를 피하기 위해 라이브 이미징 필수적인 것입니다. 다른 한편으로, 높은 농도에 PI 세포, 식물 독성 효과 보여줍니다 그리고 양측 검정 얼룩 생활 샘 셀9PI에 대 한 대용으로 FM4-64를 사용 하는 따라서. 그러나, FM4-64 라벨 수 있습니다 잠재적으로 채택 될 세포로 endocytosis를 통해 인테리어, 원형질 막 세포 고해상도 샘플 얼룩 도전 하기가.
셋째, 수집을 이미지입니다. 1). 높은 수 가늠 구멍 (NA), 물 찍기 렌즈는 SAMs의 라이브 이미징에 대 한 중요 하다. 물이 공기 보다 더 높은 인덱스의 굴절 그리고 객 관 렌즈의 높은 나 신호 광자 SAMs의 깊은 세포 층을 통해 흩어져를 수집 도움이 됩니다. 2). 레이저 힘 (와트 또는 표면 당)의 설정을 다른 confocal 현미경 사이 매우 다양 수 있습니다. 높은 레이저 전원 더 나은 신호 수집 하지만 더 photodamage에 리드 수 / 샘플에서 photobleaching. 해상도, 표백 및 시간 이미징 간에 있다. 일반적으로, 더 나은 XY 해상도로 연결 더 큰 프레임 크기를 선택 하지만 시간, 이미징 및 작은 검사 간격을 선택 하는 더 많은 것 더 나은 Z 해상도 더 많은 영상 시간을 리드. 더 이상 이미징 시간 잠재적으로 더 많은 photodamage 발생 / photobleaching
이 방법으로, 때로는 그것은 않을 수 있습니다 깊은 조직 레이어, 가능성이 confocal 탐지 및 내부 조직에 비효율적인 PI 얼룩의 한계 때문에 세포질 세부 관찰 하기 쉬운. 우리의 경험을 바탕으로, PI 솔루션 얼룩에의 농도 증가 수 있습니다 더 나은 얼룩을 얻을. 또는, 얼룩 절차를 수정 할 수 있다. 예를 들어 수정된 의사-Schiff propidium 요오드 화물 (mPS-PI) 메서드가 고정된 조직20잘 작동합니다. 그리고 그것은 여전히 더 나은 미래에 살아있는 조직에 대 한 얼룩과 대체 염료를 찾을 필요가. 또한, 그것은 또한 흥미로운 사실은 일부 종의 식물 특별 한 세포 내용 또는 다른 세포 벽을 고려 여기 설명 하는 방법을 적용할 수 있는 일반적으로 Sam의 연구에 모든 다른 꽃 식물에서 여부를 테스트 하 작곡입니다.
저자는 공개 없다.
레이저 confocal 현미경 검사에 액세스 하기 위한 그리고 기술 지원에 대 한 저자 퍼듀 Bindley 생명과학 센터 이미징 시설을 인정 하 고 저자 앤디 Schaber 퍼듀 Bindley 이미징 시설에서에서 도움을 주셔서 감사 합니다. 이 활동은 Purdue 대학 인디애나의 농업 및 농촌 개발을 지원 하기 위해 자금 AgSEED 교차로의 한 부분으로에 의해 투자 되었다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Agar Phyto | Dot Scientific Inc. | DSA20300-1000 | |
Agarose | Dot Scientific Inc. | AGLE-500 | |
Forceps | ROBOZ | RS-4955 | Dumont #5SF Super Fine Forceps Inox Tip Size .025 X .005mm, for dissecting shoot apices. |
LSM 880 Upright Confocal Microscope | Zeiss | ||
Murashige & Skoog MS medium | Dot Scientific Inc. | DSM10200-50 | |
Plan APO 20x/1.1 water dipping lens | Zeiss | ||
Plastic petri dishes 100 mm X 15 mm | CELLTREAT Scientific Products | 229694 | Use as making MS plates |
Plastic petri dishes60 mm X 15 | CELLTREAT Scientific Products | 229665 | Use as imaging dishes |
Propagation Mix | Sungro Horticulture | ||
Propidium iodide | Acros Organics | 440300250 | 1 mg/mL solution in water, to stain the cell walls |
Razor blade | PERSONNA | 62-0179 | For cutting shoot apex from plants |
Stereomicroscope | Nikon | SMZ1000 | |
Tissue | VWR | 82003-820 | |
Zen black | Zeiss | Image acquisition software |
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