JoVE Logo

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

The Lateral Root Inducible System (LRIS) allows for synchronous induction of lateral roots and is presented for Arabidopsis thaliana and maize.

Abstract

Lateral root development contributes significantly to the root system, and hence is crucial for plant growth. The study of lateral root initiation is however tedious, because it occurs only in a few cells inside the root and in an unpredictable manner. To circumvent this problem, a Lateral Root Inducible System (LRIS) has been developed. By treating seedlings consecutively with an auxin transport inhibitor and a synthetic auxin, highly controlled lateral root initiation occurs synchronously in the primary root, allowing abundant sampling of a desired developmental stage. The LRIS has first been developed for Arabidopsis thaliana, but can be applied to other plants as well. Accordingly, it has been adapted for use in maize (Zea mays). A detailed overview of the different steps of the LRIS in both plants is given. The combination of this system with comparative transcriptomics made it possible to identify functional homologs of Arabidopsis lateral root initiation genes in other species as illustrated here for the CYCLIN B1;1 (CYCB1;1) cell cycle gene in maize. Finally, the principles that need to be taken into account when an LRIS is developed for other plant species are discussed.

Introduction

نظام الجذر هو أمر حاسم لنمو النبات، لأنه يضمن مرسى وامتصاص الماء والمواد المغذية من التربة. لأن التوسع في نظام الجذر يعتمد بشكل رئيسي على إنتاج الجذور الجانبية، وقد درست على نطاق واسع شروعهما والتشكيل. وبدأت الجذور الجانبية في مجموعة فرعية معينة من الخلايا محيط بالدائرة، تسمى خلايا مؤسس 1. في معظم dicots، مثل نبات الأرابيدوبسيس thaliana، وتقع هذه الخلايا في القطبين protoxylem في حين أنه في ذوات الفلقة مثل الذرة، وجدوا في القطبين اللحاء 3. وتتميز الخلايا مؤسس بزيادة استجابة أوكسين تليها التعبير عن الجينات دورة الخلية محددة (على سبيل المثال، السيكلين B1، 1 / CYCB1؛ 1)، وبعد ذلك الخضوع لجولة أولى من الانقسامات احديدابي غير المتماثلة 5. بعد سلسلة من الانقسامات احديدابي وpericlinal منسقة، وشكلت منشم الجذر الوحشي التي في النهاية سوف تظهر بوصفها أحدالجذر الوحشي utonomous. موقع وتوقيت الجانبي بدء الجذر ولكن لا يمكن التنبؤ به، لأن هذه الأحداث ليست وفيرة ولا متزامنة. هذا يعوق استخدام نهج الجزيئية مثل transcriptomics لدراسة هذه العملية.

لمعالجة هذا، وقد وضعت جانبي جذر النظام محرض (LRIS) 6، 7، وفي هذا النظام، يتم التعامل مع الشتلات الأولى مع N حامض -1-naphthylphthalamic (NPA)، الذي يثبط النقل أوكسين وتراكم، وبالتالي عرقلة الجانبي بدء الجذر 8. عن طريق نقل في وقت لاحق الشتلات والمتوسطة التي تحتوي على أوكسين الاصطناعية حامض الخليك 1-النفتالين (NAA)، تستجيب الطبقة محيط بالدائرة بأكملها إلى مستويات مرتفعة مما أوكسين بكثافة حمل الجانبية الجذر بدء انقسامات الخلية 6. على هذا النحو، فإن هذا النظام يؤدي إلى سريعة ومتزامنة وشاملة جذور التلقين الجانبية، مما يسمح للمجموعة سهلة من عينات الجذر المخصب لمرحلة محددة في وقت متأخرالتنمية الجذرية راؤول. وفي وقت لاحق، هذه العينات يمكن استخدامها لتحديد ملامح التعبير الجينوم على نطاق خلال تشكيل الجذر الوحشي. قد تسفر عن LRIS معرفة كبيرة بالفعل عن بدء الجانبي الجذرية في نبات الأرابيدوبسيس والذرة 13/09، ولكن الحاجة إلى تطبيق هذا النظام على الأنواع النباتية الأخرى يصبح أكثر وضوحا كما هي التسلسل المزيد من الجينوم، وهناك اهتمام متزايد لنقل المعرفة إلى أهمية اقتصادية الأنواع.

هنا، يتم إعطاء البروتوكولات مفصلة للنبات الأرابيدوبسيس والذرة LRISs. بعد ذلك، يتم توفير مثال على استخدام النظام، من خلال توضيح كيف يمكن استخدام البيانات transcriptomics المكتسبة من LRIS الذرة لتحديد homologs الوظيفية التي لها وظيفة الحفظ أثناء بدء الجذر الوحشي عبر الأنواع النباتية المختلفة. وأخيرا، مبادئ توجيهية لتحسين LRIS ليقترح الأنواع النباتية الأخرى.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

1. نبات الأرابيدوبسيس بروتوكول LRIS

ملاحظة: يشير النص إلى "الصغيرة" أو "كبيرة" التجارب على نطاق و. التجارب الصغيرة، مثل تحليل خط علامة وتلطيخ النسيجي 6، 14، لا يتطلب سوى بضع عينات. تجارب على نطاق واسع، مثل الكمي في الوقت الحقيقي QRT-PCR، المصفوفات الدقيقة 11/09 أو RNA تسلسل، تتطلب قدرا أكبر من العينات. على هذا النحو، مبلغ ~ 1000 شتلة لكل عينة تم استخدامها من قبل Vanneste وآخرون. 11 لأداء تجربة ميكروأري بعد الجزء الجذر تشريح.

اليوم 1

  1. تعقيم بذور نبات الأرابيدوبسيس
    ملاحظة: يتم اختيار أحد الإجراءات التالية لتعقيم البذور. أي منهم هو مناسبة للخطوات القادمة من البروتوكول. التعقيم الغاز (1.1.2) ويعرض اثنين من المزايا الرئيسية على التعقيم السائل (1.1.1): يستغرق وقتا أقل عند التعامل مع خدر كبيرإيه من البذور، لأنه لا pipetting لأن تحدث لعينات فردية؛ والبذور المعقمة يمكن تخزينها لفترة أطول. ومع ذلك، فإنه يتطلب المجفف ومعالجة متأنية.
    1. التعقيم السائل
      1. صب العدد المطلوب من البذور في أنابيب صغيرة أجهزة الطرد المركزي. استخدام ما يصل إلى 20 ملغ (~ 800 البذور) في أنبوب 1.5 مل أو 40 ملغ (~ 1600 البذور) في 2 مل أنابيب متناهية الصغر الطرد المركزي.
      2. إضافة 1 مل من الايثانول 70٪. عكس أو تهزه برفق لمدة 2 دقيقة.
      3. استبدال الإيثانول 70٪ مع 1 مل من محلول التعقيم لمدة 15 دقيقة. (يعد حل التعقيم العذبة: 3.85 مل هيبوكلوريت الصوديوم (NaOCl) الأسهم (12٪) (تنبيه: استخدام غطاء الدخان)، 5 ميكرولتر توين 20، وتصل إلى 10 مل بالماء عكس أنابيب عدة مرات للتأكد من أن جميع البذور تأتي. في اتصال مع الحل.
      4. في الطباقي مجلس الوزراء تدفق الهواء، واستبدال الحل التعقيم مع 1 مل من الماء المقطر المعقم وشطف البذور 5 مرات لمدة 5 دقائق بواسطة المتكررةلاي استبدال مع 1 مل من الماء المقطر المعقم النقي.
    2. التعقيم الغاز
      1. صب العدد المطلوب من البذور في 2 مل أنبوب الصغرى الطرد المركزي. استخدام أنابيب الفردية عند العمل مع العديد من خطوط المستقلة، وترتيبها افتتح في مربع أنابيب الطرد المركزي الصغيرة من البلاستيك أو حامل. وإذا كان عدد البذور في أنبوب واحد يتجاوز 500 (12.5 ملغ)، تقسيم البذور في العدد المناسب من الأنابيب لضمان التعقيم ناجحة. تأكد من أن أغطية أنابيب المجاورة لا تغطي بعضها البعض. تناسب معا غطاء مربع في الجزء السفلي، كما يجب أن يكون في المجفف فضلا عن التعقيم.
      2. وضع مربع في وعاء من مجفف، جنبا إلى جنب مع كوب من الزجاج (تنبيه: استخدام غطاء الدخان).
      3. ملء كوب مع 100 مل من 12٪ NaOCl (تنبيه: استخدام غطاء الدخان). وضع غطاء على مجفف، ولكن ترك فتحة صغيرة حيث يتم وضع الكأس.
      4. إضافة 3 مل من حمض الهيدروكلوريك 37٪ (دخن) (CAUTION: استخدام غطاء الدخان) إلى كوب من خلال فتحة صغيرة وبسرعة إغلاق المجفف. إرادة فقاعة حل لبعض الوقت بسبب الكلور 2 -gas تشكيل. ترك النظام أغلقت O / N (أو على الأقل 8 ساعة).
      5. إزالة غطاء المجفف. واخراج مربع وتغطية ذلك مع غطاء لتجنب التلوث أثناء النقل.
      6. وضع مربع في الطباقي مجلس الوزراء تدفق الهواء، وإزالة الغطاء وترك البذور لمدة 1 ساعة على RT للسماح إطلاق الغاز.
        ملاحظة: بذور يمكن تخزينها بأمان الجافة في أنابيب صغيرة أجهزة الطرد المركزي مغلقة لمدة تصل إلى 2 أسابيع في 4 درجات مئوية.
  2. الحث الجذر الوحشي في نبات الأرابيدوبسيس
    1. الوحشي الجذر تثبيط (NPA العلاج)
      1. إعداد متوسط ​​النمو للنمو في المختبر. المتوسط ​​يحتوي على نصف قوة Murashige وسكوغ مزيج من الملح 15، 0.1 غرام / L-ميو اينوزيتول، 10 ز / L السكروز، ويتم تخزينها مؤقتا مع 0.5ز / L 2- (N-morpholino) حمض ethanesulfonic (MES).
      2. ضبط درجة الحموضة إلى 5.7 مع 1 M KOH. إضافة 8 غرام / لتر من الأنسجة النباتية وأجار الأوتوكلاف متوسطة لمدة 20 دقيقة في درجة حرارة 121 مئوية.
      3. إعداد 25 ملي حل الأوراق المالية من NPA في dimethylsulfoxide (DMSO) (تنبيه: استخدام القفازات). في الطباقي مجلس الوزراء تدفق الهواء، تبريد متوسطة تعقيمها وصولا الى حوالي 65 درجة مئوية (وهي درجة الحرارة التي الزجاجة يمكن عقد باليد)، وإضافة 25 ملي NPA حل الأسهم للحصول على التركيز النهائي من 10 ميكرومتر NPA.
      4. التجانس على إضافة عن طريق هز بلطف الزجاجة لمدة 10 ثانية. صب 50 مل من المتوسط ​​في طبق بتري مربع (12 سم × 12 سم).
        ملاحظة: في حالة التجربة على نطاق واسع، وتطبيق شبكة من النايلون (20 ميكرون) لضمان سهولة نقل. إعداد شبكة (9 سم × 9 سم) لالتعقيم (الشكل 1A). عندما تعقيمها، وتطبيق شبكة لمتوسط ​​النمو باستخدام ملاقط معقمة (الشكل 1B). دفع بلطف شبكة لمتوسط ​​النمو باستخدام الظريفrilized drigalsky للتأكد من أنها على اتصال جيد مع النمو المتوسطة (الشكل 1B) (تنبيه: العمل في ظروف معقمة).
      5. زرع بذور على NPA-لوحات.
        ملاحظة: في حال تم التخطيط تجربة على نطاق واسع، وزرع 2 صفوف كثيفة ومتماشية بشكل جيد من 50 البذور لتسهيل أخذ العينات (انظر 1.2.2.3).
        1. في حالة التعقيم السائل، وزرع بذور على NPA لوحات باستخدام الماصة 200 ميكرولتر. قطع 3-4 ملم من نهاية نصائح pipetting لفي ظروف معقمة (أو قبل التعقيم من النصائح) من أجل أن تكون قادرة على الماصة البذور. الماصة صعودا وهبوطا عدة مرات لاعادة تعليق البذور، ثم الماصة للمياه حوالي 150 ميكرولتر العقيمة مع 10-20 البذور والانتظار حتى الرواسب البذور في الجزء السفلي من غيض. (تنبيه: العمل في ظروف معقمة)
          ملاحظة: عندما لمس أجار أو شبكة بلطف مع طرف، سيتم الافراج عن قطرة ماء مع بذرة منه (الشكل 1C).
        2. في حالة التعقيم الغاز، وزرع بذور باستخدام تعقيمها toothpicks.Pinch مسواك في آغار قبل اتخاذ بذور لضمان السطح لزجة. التقط واحدة البذور من جانب واحد باستخدام مسواك وتوزيع البذور على لوحات (1D الشكل). بدلا من ذلك، إضافة الماء المعقم للبذور، وزرع كما هو موضح في 1.2.1.5.1 (تنبيه: العمل في ظروف معقمة).
      6. ختم لوحات مع شريط لاصق للتنفس وتخزينها لوحات في 4 درجات مئوية في الظلام لمدة 2 أيام على الأقل وأقصى مدة أسبوع واحد. وهناك حاجة لهذا التقسيم ويضمن تزامن وإنبات أكثر كفاءة.
        ملاحظة: بدلا من ذلك، والبذور يمكن طبقية قبل البذر، مغمورة في الماء المقطر في أنابيب صغيرة أجهزة الطرد المركزي، الأمر الذي يتطلب أقل مساحة الثلاجة. في هذه الحالة، تخزين الأنابيب لمدة أسبوع واحد على الأقل في 4 درجات مئوية، ونقل لوحات لمجلس الوزراء نمو فورا بعد البذر (انظر 1.2.1.7).
        DAY 3
      7. نقل لوحات لمجلس الوزراء النمو (ضوء مستمر (110 μE م -2 ث -1)، 21 ° C) لمدة 5 أيام (2 أيام من الإنبات و3 أيام من النمو) في وضع عمودي تقريبا (80-90 درجة) لضمان نمو الجذور على، وليس في المتوسط.
        DAY 8
    2. الوحشي الجذر التعريفي (NAA العلاج)
      1. إعداد نفس متوسط ​​النمو كما هو موضح في 1.2.1.1 و1.2.1.2. إعداد 50 ملي حل الأوراق المالية من NAA في DMSO (تنبيه: استخدام القفازات). تبريد متوسطة تعقيمها وصولا الى 65 درجة مئوية وإضافة حل NAA إلى وسيلة للحصول على تركيز النهائي من 10 ميكرومتر NAA (تنبيه: العمل في ظروف معقمة).
        1. التجانس على إضافة عن طريق هز بلطف الزجاجة لمدة 10 ثانية. صب 50 مل من المتوسط ​​في طبق بتري مربع (12 سم × 12 سم).
      2. نقل الشتلات من لوحات تحتوي على المتوسط ​​النمو تستكمل مع 10 ميكرومتر NPA لتلك سوبplemented مع 10 ميكرومتر NAA.
        1. ربط أحضان ملاقط منحنية تحت النبتات من الشتلات وإزالة برفق من اللوحة. نقل الشتلات فقط منها جذور نمت تماما في اتصال مع وسيلة NPA-النمو ويفضل أن يكون أسفل.
        2. المقشود الجذرية على النمو المتوسطة سطح المحتوية على NAA على مسافة صغيرة. تأكد من أن جذور النباتات على اتصال جيد مع النمو المتوسطة. إذا لزم الأمر، اضغط على الجذر برفق على سطح النمو المتوسطة مع ملاقط.
          ملاحظة: في حالة وجود تجربة على نطاق واسع، وإزالة جميع الشتلات التي ليست على اتصال مع شبكة ونقل برفع شبكة على اثنين من الزوايا العليا مع ملاقط. تأكد من أن شبكة على اتصال جيد مع المتوسطة التي تحتوي على NAA القشط شبكة على سطح أجار على بعد مسافة صغيرة (الشكل 1E).
      3. ختم لوحات جديدة مع الشريط تنفس ووضعها في خزانة النمو (يخدعضوء tinuous (110 μE م -2 ث -1)، 21 ° C) في وضع عمودي للمرة المطلوب بعد تحريض حتى أخذ العينات.
        ملاحظة: في حالة وجود تجربة على نطاق واسع، واستخدام مشرط لقطع شرائح الجذر في كل مرة مباشرة على شبكة وأخذ عينات منها عن طريق كشط بلطف على سطح شبكة.

2. LRIS بروتوكول الذرة

  1. الطبقات من الذرة الألباب
    1. احتضان حبات الذرة في 4 درجات مئوية في الظلام لمدة 1 أسبوع على الأقل.
      ملاحظة: لقد تم تطوير هذا البروتوكول باستخدام السلالة النقية الذرة B73.
  2. تعقيم الذرة الألباب
    اليوم 1
    ملاحظة: على الرغم من شتلات الذرة لا يجب أن تزرع في ظروف معقمة، فمن المستحسن لتعقيم حبات الذرة والعمل مع مواد معقمة لمنع نمو الفطريات في لفة ورقنظام.
    1. وضع العدد اللازم من حبات الذرة في كوب زجاجي معقم.
    2. إضافة 100 مل من محلول التعقيم (6٪ NaOCl في الماء) (تنبيه: استخدام غطاء الدخان).
    3. إضافة شريط مغناطيسي ووضع الكأس على محرك مغناطيسي في انخفاض سرعة التحريك (ما يقرب من 250 دورة في الدقيقة) في RT لمدة 5 دقائق.
    4. شطف خمس مرات لمدة 5 دقائق عن طريق استبدال الحل مع 100 مل من الماء المعقم النقي.
  3. زرع الذرة الألباب
    1. وضعت على قفازات للحد من مخاطر التلوث، واتخاذ لفة من المناشف الورقية.
    2. تمزيق اثنين تمتد من ناحية منشفة ورقية يبلغ طولها الإجمالي من ورقتين (حوالي 92 سم × 24 سم) ووضعها فوق بعضها البعض على سطح نظيف (الشكل 2A).
    3. طي صحائف مضاعفة على طول (حوالي 92 سم x 12 سم) (الشكل 2A).
    4. استخدام ملاقط لتوزيع 10 حبات في حوالي 2 سم من أعلى أنحاء ركان طول الورقة، مع إبقاء فرجة بين شيئين من 8 سم بين كل نواة و8 سم مجانا عند كلا الطرفين (الشكل 2B). تأكد يواجه الجذير من النواة إلى أسفل ونحو الورقة (الشكل 2B).
    5. لفة بلطف ورقة على طول، مع الحفاظ على البذور في مكان (الشكل 2B). لتسهيل المتداول، وهو اختياري للرش أول ورقة مع الماء المعقم.
    6. وضع لفافات ورق في أنابيب زجاجية معقمة من حوالي 6 سم وقطرها 14 سم ارتفاع (على سبيل المثال، 250 مل أنابيب الطرد المركزي) ووضعها في الرف (الشكل 2C).
  4. الحث الجذر الوحشي في الذرة
    1. إعداد 50 ملي NPA حل سهم (الذائبة في DMSO) (تنبيه: استخدام القفازات).
    2. لكل أنبوب، وجعل 50 ميكرومتر NPA حل عن طريق إضافة 125 ميكرولتر من ملي NPA حل سهم 50-125 مل من الماء المعقم في دورق زجاجي معقم.
    3. تخلط جيدا وصب 125 مل من NPA حل 50 ميكرومتر على ورقة لفة في أنبوب. سوف لفة ورق امتصاص الحل وأصبحت غارقة تماما.
      ملاحظة: عند استخدام لفافات ورق وأنابيب مع الأبعاد الأخرى، وضبط حجم وفقا لذلك. السائل ينبغي أن تصل إلى منتصف الطريق في أنبوب لضمان امتصاص كافية.
    4. وضع نظام لفة ورقة في خزانة النمو لمدة ثلاثة أيام (27 ° C، وعلى ضوء مستمر، والرطوبة النسبية 70٪). تأكد من أن لفافات ورق لا تزال غارقة بإضافة إضافي 50 ميكرومتر NPA الحل، لأن الحل يتبخر مع مرور الوقت (الشكل 2D).
      DAY 4
    5. إعداد 50 ملي NAA حل سهم (الذائبة في DMSO) (تنبيه: استخدام القفازات).
    6. لكل أنبوب، يعد حل NAA 50 ميكرومتر وذلك بإضافة 125 ميكرولتر من المخزون 50 ملي NAA إلى 125 مل من الماء المعقم في دورق زجاجي معقم.
    7. الضغط بلطف من أكثر من الحل NPA المتبقية من لفافات ورق ووضعم في الماء المعقم لمدة 5 دقائق لغسل بها (تنبيه: استخدام القفازات). الضغط بلطف على معظم المياه من لفافات ورق. كرر هذه الخطوة غسل ثلاث مرات.
    8. تخلط جيدا وتصب في حل NAA 50 ميكرومتر على لفافات ورق في الأنابيب. تأكد من أنها غارقة تماما.
    9. وضع نظام لفة الورق في مجلس الوزراء نمو (27 ° C، وعلى ضوء مستمر، والرطوبة النسبية 70٪) لمدة المطلوب بعد تحريض.
  5. الحث الجذر الوحشي في جذور عرضية ولي الذرة
    ملاحظة: LRIS كما هو موضح أعلاه يدفع الجذور الجانبية في الجذر الرئيسي. ومع ذلك، في الذرة وmonocotyledons أخرى، والجذر الرئيسي والجذور الأصيلة الجنينية، جنبا إلى جنب مع جذورهم الجانبية، هي مهمة بشكل أساسي خلال الشتلات التنمية. في مرحلة لاحقة في نمو النبات، تنشأ جذور عرضية بعد الجنينية على الجذع وأيضا تطوير الجذور الجانبية لتشكيل نظام الجذر الجديد 16. وLRIS يمكن أيضا أن يكون استخدامد للحث على الجذور الجانبية على هذه الجذور تاج عرضية بعد الجنينية من خلال اتباع بعض التعديلات الطفيفة على LRIS على الجذر الرئيسي الجنينية.
    1. لجعل لفات الورق، وإنشاء شطيرة من الأوراق على التوالي مع طبقتين من ناحية منشفة ورقية على الجانب الخارجي، وطبقتين من الورق إنبات الداخل. ضع حبات تعقيمها (انظر الخطوات 2،1-2،2) بين اثنين من ورقة من الورق الإنبات. ورقة إنبات، بالمقارنة مع منشفة ورقية جهة، ويكونون أقل عرضة للأن يخترق جذور الشعر والجذور الجانبية، الأمر الذي سيجعل من فتح ورقة لفات أسهل في وقت لاحق. من ناحية أخرى، سوف طبقتين الخارجية من ناحية منشفة ورقية تسهيل امتصاص السائل.
    2. إدراج القوائم في 700 مل أنابيب زجاجية ويصب الماء المعقم دون NPA عليها. تأكد من أنها غارقة تماما.
    3. تنبت بذور معقمة في مجلس الوزراء النمو (راجع الخطوة 2.4.9).
    4. زراعة الشتلات حتى جذور عرضية التاجتبدأ في الظهور (6 أيام لB73). تأكد من إبقاء فات الورق الرطب في جميع الأوقات وذلك بإضافة الماء المعقم عند الضرورة.
    5. نقل إلى حل 25 ميكرومتر NPA لمدة 4 أيام (انظر الخطوات 2.4.1 إلى 2.4.4)، تليها تحريض مماثل من جانبي بدء الجذر بالاستعاضة عن حل NPA مع حل NAA 50 ميكرومتر بعد خطوة الغسيل (راجع الخطوة 2.4 0.5 إلى 2.4.9).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

النتائج

تطبيق LRIS إلى تنفيذ Transcriptomics المقارن من الجانبي عملية الجذر بدء

تطبيق واحد من LRIS هو المقارنة والربط بين ملامح التعبير الجيني خلال تشكيل الجذر الوحشي في الأنواع المختلفة. نهج transcriptomics ا?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

في بروتوكول نبات الأرابيدوبسيس LRIS، فمن المهم فقط لنقل الشتلات التي نمت بشكل كامل في اتصال مع متوسط ​​النمو NPA التي تحتوي على. هذا يضمن أن يتم حظر الجانبي بدء الجذر على طول الجذر بأكمله. من أجل منع إصابة شتلات أثناء النقل، أحضان ملقط المنحنية يمكن أن يكون مدمن مخد...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgements

The authors thank Davy Opdenacker for technical assistance and photography. We greatly thank Dr. Annick Bleys for helpful suggestions to improve the manuscript. This work was financed by the Interuniversity Attraction Poles Programme IUAP P7/29 'MARS' from the Belgian Federal Science Policy Office, by the FWO grant G027313N and by the Agency for Innovation by Science and Technology, IWT (IR).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
ARABIDOPSIS LRIS
Seeds
Arabidopsis seedsCol-0 ecotype
Gas sterilization of seeds
micro-centrifuge tubes 1.5 mlSIGMA-ALDRICH0030 125.215Eppendorf microtubes 3810X, PCR clean
micro-centrifuge tubes 2 mlSIGMA-ALDRICH0030 120.094Eppendorf Safe-Lock microcentrifuge tubes
hydrochloric acidMerck KGaA1,003,171,00037% (fuming) for analysis EMSURE ACS,ISO,Reag. Ph Eu
glass desiccatorSIGMA-ALDRICHPyrex
glass beaker
plastic micro-centrifuge tubes box or holder
Bleach sterilization of seeds
ethanolChem-Lab nvCL00.0505.1000Ethanol, abs. 100% a.r. dilute to 70%
sodium hypochlorite (NaOCl)Carl Roth9062.312%
Tween 20SIGMA-ALDRICHP1379
sterile water
Growth medium
Murashige and Skoog salt mixtureDUCHEFA Biochemie B.V.M0221-0050
myo-inositolSIGMA-ALDRICHI5125-100G
2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid (MES)DUCHEFA Biochemie B.V.M1503.0100
sucroseVWR, Internation LLC27483.294D(+)-Sucrose Ph. Eur.
KOHMerck KGaA1050211000pellets for analysis (max. 0.002% Na) EMSURE ACS,ISO,Reag. Ph Eur
Plant Tissue Culture AgarLabM LimitedMC029
Lateral root induction chemicals
N-1-naphthylphthalamic acid (NPA)DUCHEFA Biochemie B.V.No. N0926.025010 µM (Arabidopsis)
1-naphthalene acetic acid (NAA)DUCHEFA Biochemie B.V.No. N0903.005010 µM (Arabidopsis)
dimethylsulfoxide (DMSO)SIGMA-ALDRICH494429-1L
Making a mesh for transfer
nylon meshProsep bybaSynthetic nylon mesh 20 µm
Sowing and seedling handling
square petri dish platesGOSSELINBP124-0512 x 12 cm
50 ml DURAN tubesSIGMA-ALDRICHCLS430304Corning 50 ml centrifuge tubes
drigalskiCarl RothK732.1
pipette
cut pipette tipsDaslab162001XUniversal 200, cut off 5 mm of tip before autoclaving
breathable tape 3M Deutschland GmbHcat. no. 1530-1
tweezersFiers nv/saK342.1; K344.1Dumont tweezers type a nr 5; Dumont tweezers type e nr 7
Growth conditions
growth room21 °C, continuous light
MaterialsCompanyCatalogComments
MAIZE LRIS
Seeds
Maize kernelsB-73
Bleach sterilization of kernels
glass beaker
magnetic stirrer Fiers nv/saC267.1
sodium hypochlorite (NaOCl)Carl Roth9062.312%
sterile water
Lateral root induction chemicals
N-1-naphthylphthalamic acid (NPA)DUCHEFA Biochemie B.V.No. N0926.025050 µM (maize primary root), 25 µM (maize adventitious root)
1-naphthalene acetic acid (NAA)DUCHEFA Biochemie B.V.No. N0903.005050 µM (maize)
dimethylsulfoxide (DMSO)SIGMA-ALDRICH494429-1L
Sowing and seedling handling
paper hand towelsKimberly-Clark Professional*6681SCOTT Hand Towels - Roll / White; sheet size (24 x 46 cm)
seed germination paperAnchor Paper Company10 X 15 38# seed germination paper
tweezersFiers nv/saK342.1; K344.1Dumont tweezers type a nr 5; Dumont tweezers type e nr 7
250 ml (centrifuge) tubesSCHOTT DURAN2160136approx. 5.6 cm diameter and 14.7 cm height 
700 ml tubesDURAN GROUP213994609cylinders, round foot tube, D 60  x 250
rackfor maize tubes, home made
sterile water
Growth conditions
growth cabinet27 °C, continuous light, 70% relative humidity

References

  1. Van Norman, J. M., Xuan, W., Beeckman, T., Benfey, P. N. To branch or not to branch: the role of pre-patterning in lateral root formation. Development. 140, 4301-4310 (2013).
  2. Dolan, L., et al. Cellular organisation of the Arabidopsis thaliana root. Development. 119, 71-84 (1993).
  3. Bell, J. K., McCully, M. E. A histological study of lateral root initiation and development in Zea mays. Protoplasma. 70, 179-205 (1970).
  4. Benkova, E., et al. Local, efflux-dependent auxin gradients as a common module for plant organ formation. Cell. 115, 591-602 (2003).
  5. Beeckman, T., Burssens, S., Inzé, D. The peri-cell-cycle in Arabidopsis. J. Exp. Bot. 52, 403-411 (2001).
  6. Himanen, K., Boucheron, E., Vanneste, S., de Almeida Engler, J., Inzé, D., Beeckman, T. Auxin-mediated cell cycle activation during early lateral root initiation. Plant Cell. 14, 2339-2351 (2002).
  7. Jansen, L., Parizot, B., Beeckman, T. Inducible system for lateral roots in Arabidopsis thaliana and maize. Methods Mol Biol. 959, 149-158 (2013).
  8. Casimiro, I., et al. Auxin transport promotes Arabidopsis lateral root initiation. Plant Cell. 13, 843-852 (2001).
  9. Himanen, K., et al. Transcript profiling of early lateral root initiation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 101, 5146-5151 (2004).
  10. De Smet, I., et al. Receptor-like kinase ACR4 restricts formative cell divisions in the Arabidopsis root. Science. 322, 594-597 (2008).
  11. Vanneste, S., et al. Cell cycle progression in the pericycle is not sufficient for SOLITARY ROOT/IAA14-mediated lateral root initiation in Arabidopsis thaliana. Plant Cell. 17, 3035-3050 (2005).
  12. De Rybel, B., et al. A role for the root cap in root branching revealed by the non-auxin probe naxillin. Nat. Chem. Biol. 8, 798-805 (2012).
  13. Jansen, L., et al. Comparative transcriptomics as a tool for the identification of root branching genes in maize. Plant Biotechnol. J. 11, 1092-1102 (2013).
  14. Parizot, B., et al. Diarch symmetry of the vascular bundle in Arabidopsis root encompasses the pericycle and is reflected in distich lateral root initiation. Plant Physiol. 146, 140-148 (2008).
  15. Murashige, T., Skoog, F. A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures. Physiol. Plant. 15, 473-497 (1962).
  16. Bellini, C., Pacurar, D. I., Perrone, I. Adventitious roots and lateral roots: similarities and differences. Annu Rev Plant Biol. 65, 639-666 (2014).
  17. Grunewald, W., Parizot, B., Inzé, D., Gheysen, G., Beeckman, T. Developmental biology of roots: One common pathway for all angiosperms? Int. J. Plant Dev. Biol. 1, 212-225 (2007).
  18. Parizot, B., Beeckman, T. Genomics of root development. Root Genomics and Soil Interactions. Crespi, M. , 3-28 (2012).
  19. Bargmann, B. O., Birnbaum, K. D. Fluorescence activated cell sorting of plant protoplasts. Journal of visualized experiments : JoVE. , (2010).
  20. Nakazono, M., Qiu, F., Borsuk, L. A., Schnable, P. S. Laser-capture microdissection, a tool for the global analysis of gene expression in specific plant cell types: identification of genes expressed differentially in epidermal cells or vascular tissues of maize. Plant Cell. 15, 583-596 (2003).
  21. Ludwig, Y., Hochholdinger, F. Laser microdissection of plant cells. Methods Mol Biol. 1080, 249-258 (2014).
  22. Beeckman, T., Engler, G. An easy technique for the clearing of histochemically stained plant tissue. Plant Mol. Biol. Rep. 12, 37-42 (1994).
  23. Ditengou, F. A., et al. Mechanical induction of lateral root initiation in Arabidopsis thaliana. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 105, 18818-18823 (2008).
  24. Lucas, M., Godin, C., Jay-Allemand, C., Laplaze, L. Auxin fluxes in the root apex co-regulate gravitropism and lateral root initiation. J. Exp. Bot. 59, 55-66 (2008).
  25. Wang, S., Taketa, S., Ichii, M., Xu, L., Xia, K., Zhou, X. Lateral root formation in rice (Oryza Sativa. L.): differential effects of indole-3-acetic acid and indole-3-butyric acid. Plant Growth Regul. 41, 41-47 (2003).
  26. Martinez-de la Cruz, E., Garcia-Ramirez, E., Vazquez-Ramos, J. M., Reyes de la Cruz, H., Lopez-Bucio, J. Auxins differentially regulate root system architecture and cell cycle protein levels in maize seedlings. J Plant Physiol. 176, 147-156 (2015).
  27. Beyer, E. M., Morgan, P. W. Effect of ethylene on uptake, distribution, and metabolism of indoleacetic acid-1-14C and -2-14C and naphthaleneacetic acid-1-14C. Plant Physiol. 46, 157-162 (1970).
  28. Delbarre, A., Muller, P., Imhoff, V., Guern, J. Comparison of mechanisms controlling uptake and accumulation of 2,4-dichlorophenoxy acetic acid, naphthalene-1-acetic acid, and indole-3-acetic acid in suspension-cultured tobacco cells. Planta. 198, 532-541 (1996).
  29. Bailey-Serres, J. Microgenomics: genome-scale, cell-specific monitoring of multiple gene regulation tiers. Annu Rev Plant Biol. 64, 293-325 (2013).
  30. Perez-Torres, C. A., et al. Phosphate availability alters lateral root development in Arabidopsis by modulating auxin sensitivity via a mechanism involving the TIR1 auxin receptor. Plant Cell. 20, 3258-3272 (2008).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

107 LRIS transcriptomics

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved