الملاحظة المباشرة والقياس الآلي لاستجابات الثغور لحقنة الزائفة الكهروضوئية. طماطم DC3000 في أرابيدوبسيس تاليانا

Summary

نقدم هنا طريقة بسيطة للمراقبة المباشرة والقياس الآلي لاستجابات الثغور للغزو البكتيري في Arabidopsis thaliana. تستفيد هذه الطريقة من جهاز تصوير الفم المحمول ، جنبا إلى جنب مع خط أنابيب تحليل الصور المصمم لصور الأوراق التي يلتقطها الجهاز.

Abstract

الثغور هي مسام مجهرية توجد في بشرة أوراق النبات. يعد تنظيم فتحة الثغور أمرا محوريا ليس فقط لموازنة امتصاص ثاني أكسيد الكربون لعملية التمثيل الضوئي وفقدان الماء الناتج عن النتح ولكن أيضا للحد من الغزو البكتيري. بينما تغلق النباتات الثغور عند التعرف على الميكروبات ، فإن البكتيريا المسببة للأمراض ، مثل Pseudomonas syringae pv. طماطم DC3000 (Pto) ، أعد فتح الثغور المغلقة للوصول إلى داخل الورقة. في المقايسات التقليدية لتقييم استجابات الثغور للغزو البكتيري ، يتم تعويم قشور البشرة الورقية أو أقراص الأوراق أو الأوراق المنفصلة على تعليق بكتيري ، ثم يتم ملاحظة الثغور تحت المجهر متبوعا بالقياس اليدوي لفتحة الثغور. ومع ذلك ، فإن هذه المقايسات مرهقة وقد لا تعكس استجابات الثغور للغزو البكتيري الطبيعي في ورقة متصلة بالنبات. في الآونة الأخيرة ، تم تطوير جهاز تصوير محمول يمكنه مراقبة الثغور عن طريق قرص ورقة دون فصلها عن النبات ، جنبا إلى جنب مع خط أنابيب تحليل الصور القائم على التعلم العميق المصمم لقياس فتحة الثغور تلقائيا من صور الأوراق التي يلتقطها الجهاز. هنا ، بناء على هذه التطورات التقنية ، يتم تقديم طريقة جديدة لتقييم استجابات الثغور للغزو البكتيري في Arabidopsis thaliana . تتكون هذه الطريقة من ثلاث خطوات بسيطة: التلقيح بالرش ل Pto الذي يحاكي عمليات العدوى الطبيعية ، والمراقبة المباشرة للثغور على ورقة النبات الملقح ب Pto باستخدام جهاز التصوير المحمول ، والقياس الآلي لفتحة الثغور بواسطة خط أنابيب تحليل الصور. تم استخدام هذه الطريقة بنجاح لإثبات إغلاق الثغور وإعادة فتحها أثناء غزو Pto في ظل ظروف تحاكي عن كثب التفاعل الطبيعي بين النبات والبكتيريا.

Introduction

الثغور مسام مجهرية محاطة بزوج من الخلايا الحارسة على سطح الأوراق والأجزاء الهوائية الأخرى من النباتات. في ظل البيئات المتغيرة باستمرار ، يعد تنظيم فتحة الثغور أمرا أساسيا للنباتات للتحكم في امتصاص ثاني أكسيد الكربون المطلوب لعملية التمثيل الضوئي على حساب فقدان الماء عن طريق النتح. وبالتالي ، كان القياس الكمي لفتحة الثغور مفيدا لفهم التكيف البيئي للنبات. ومع ذلك ، فإن تحديد فتحة الثغور بطبيعته يستغرق وقتا طويلا ومرهقا لأنه يتطلب عملا بشريا لتحديد وقياس مسام الثغور في صورة ورقة تم التقاطها بواسطة المجهر. للتحايل على هذه القيود ، تم تطوير طرق مختلفة لتسهيل القياس الكمي لفتحة الثغور في Arabidopsis thaliana ، وهو نبات نموذجي يستخدم على نطاق واسع لدراسة بيولوجيا ال....

Protocol

1. زراعة النباتات

1. لكسر السكون ، أعد تعليق بذور A. thaliana (Col-0) في ماء منزوع الأيونات واحتضانها عند 4 درجات مئوية لمدة 4 أيام في الظلام.
2. زرع البذور على التربة وتنمو في غرفة مجهزة بضوء الفلورسنت الأبيض. حافظ على ظروف النمو التالية: درجة حرارة 22 درجة مئوية ، وشدة ضوء 6000 لوكس (حوالي 100 ميكرومول / م² / ثانية) لمدة 10 ساعات ، ورطوبة نسبية 60٪.
3. عند الحاجة ، سقي النباتات بأسمدة سائلة. الامتناع عن الري من 1 أسبوع إلى 2 أيام قبل التلقيح وبئر الماء 1 يوم قبل التلقيح.

2. تحضير اللقاح البكتيري

1. قم بخط Pto من مخزون الجلسرين على وسط King's B....

النتائج

بعد التلقيح بالرش ل Pto ، تمت ملاحظة الثغور على الأوراق المرتبطة بالنباتات الملقحة مباشرة بواسطة جهاز تصوير الثغور المحمول. باستخدام القياسات اليدوية والآلية ، تم استخدام نفس صور الأوراق لحساب فتحة الثغور عن طريق أخذ نسب العرض إلى الطول حوالي 60 ثغور. أشارت القياسات اليدوية والآلية با?.......

Discussion

استخدمت الدراسات السابقة تقشير البشرة أو أقراص الأوراق أو الأوراق المنفصلة للتحقيق في استجابات الثغور للغزوات البكتيرية^9،11،12. في المقابل ، فإن الطريقة المقترحة في هذه الدراسة تستفيد من جهاز تصوير الثغور المحمول لمراقبة الثغور مباشرة ع?.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Agar	Nakarai tesque	01028-85
Airbrush kits	ANEST IWATA	MX2900	Accessory kits for SPRINT JET
Biotron	Nippon Medical & Chemical Instruments	LPH-411S	Plant Growth Chamber with white fluorescent light
Glycerol	Wako	072-00626
Half tray	Sakata	72000113	A set of tray and lid
Hyponex	Hyponex	No catalogue number available	Dilute the solution of Hyponex at a ratio of 1:2000 in deionized water for watering plants
Image J	Natinal Institute of Health	Download at https://imagej.nih.gov/ij/download.html	Used for manual measurement of stomatal aperture
K2HPO4	Wako	164-04295
KCl	Wako	163-03545
KOH	Wako	168-21815	For MES-KOH
MES	Wako	343-01621	For MES-KOH
Portable stomatal imaging device	Phytometrics	Order at https://www.phytometrics.jp/	Takagi et al.(2023) doi: 10.1093/pcp/pcad018.
Rifampicin	Wako	185-01003	Dissolve in DMSO
Silwet-L77	Bio medical science	BMS-SL7755	silicone surfactant used in spray inoculation
SPRINT JET	ANEST IWATA	IS-800	Airbrush used for spray inoculation
SuperMix A	Sakata seed	72000083	Mix with Vermiculite G20 in equal proportions for preparing soil
Tryptone	Nakarai tesque	35640-95
Vermiculite G20	Nittai	No catalogue number available	Mix with Super Mix A in equal proportions for preparing soil
White fluorescent light	NEC	FHF32EX-N-HX-S	Used for Biotron