用于真菌叶面玉米病原体感染的活细胞成像的分离玉米鞘

摘要

这份手稿详细介绍了一种优化的接种方案，该方案使用分离的玉米叶鞘对玉米与真菌植物病原体的相互作用进行可重复的细胞学、生理学和分子学研究。叶鞘有助于实时观察未固定组织中活植物和真菌之间的细胞相互作用。

摘要

我们优化了一种方案，用半生物营养和坏死性叶面病原真菌接种玉米叶鞘。该方法从最初应用于水稻叶鞘的方法进行了修改，并允许直接在显微镜下观察活植物细胞中的真菌生长和发育。从具有两个完全出现的叶领的玉米幼苗收集的叶鞘接种20μL滴5×10⁵ 孢子/ mL真菌孢子悬浮液，并在连续荧光下在23°C的湿度室中孵育。24-72小时后，用剃须刀片去除多余的组织，留下单层表皮细胞，这是一种光学透明的样品，可以直接成像，无需化学固定或清除。植物和真菌细胞在实验期间保持活力，相互作用可以实时可视化。可以对鞘进行染色或进行等离子体分解，以研究感染和定植过程中宿主和病原体细胞的发育细胞学和活力。转化为表达荧光蛋白的真菌菌株可以接种或共接种在鞘上，以提高分辨率并促进竞争或协同相互作用的评估。表达荧光融合蛋白的真菌菌株可用于跟踪和量 化植物中这些单个蛋白的产生和靶向。可以提取接种的鞘组织以表征核酸、蛋白质或代谢物。这些鞘测定的使用极大地推进了对玉米真菌致病机制以及真菌蛋白效应物和次生代谢物的详细研究。

引言

细胞水平的空间和时间分析对于理解真菌-植物相互作用的生理学和细胞学至关重要。过去曾使用化学固定的叶面组织 ^1,2,3 或清除和染色 4 以及人造膜⁵ 来研究叶面病原体发育和植物-真菌相互作用的细胞学。然而，由于与制备用于成像的光学透明样品相关的技术问题，在不固定或清除的情况下实时研究活体宿主组织中的感染事件具有挑战性。

1940 年代后期开发了一种分离的叶鞘接种方案，用于明场显微镜研究活水稻表皮细胞对稻瘟病真菌 Magnaporthe oryza⁶ 的抗性。最近，通过将这种叶鞘方法的改良版本与表达荧光蛋白的真菌转化体相结合，以及高性能活细胞成像方案（包括落射荧光和共聚焦显^微镜）7,8,9,10^，

研究方案

注：该方法的工作流程如 图1所示。

图1：使用分离的玉米叶鞘优化接种方案的步骤。 孢子悬浮液制备、叶鞘接种和活细胞显微镜样品制备分别以绿色 （A）、紫色 （B） 和橙色 （C） 框突出显示。用 BioRender.com 创建。 请点击这里查看此图的较大版本.

1.植物和真菌材料

1. 植物生长
   1. 在SC10容器（见材料表）的温室（14小时光照/ 27°C和10小时....

讨论

这里描述的优化的叶鞘接种方法是从为水稻叶鞘6,8,36开发并已应用于水稻叶鞘的原始方案修改而来的。它允许使用宽场或共聚焦显微镜直接、详细地观察活植物细胞中的真菌生长和发育。该方案适用于玉米定植过程中各种微观现象的表征、比较和定量，包括相容与不相容相互作用期间的真菌发育和宿主反应;植物中特定?.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Axiocam monochrome microscope camera	ZEISS	426560-9010-000	Compatible with the Axioplan 2 microscope; provides low read noise and high speed for live cell imaging
Axioplan 2 epifluorescence microscope	ZEISS	N/A	Allows live viewing and image/video capture of biological samples
Benchtop centrifuge 24 X 1.5/2 mL	Thermo Fisher Scientific	75002431	Sorvall Legend Micro 17; max speed: 13,300 rpm (17,000 x g)
Falcon bacteriological Petri dish with lid	Fisher Scientific	08-757-105	Polystyrene material; hydrophobic surface
Filter paper	Fisher Scientific	09-920-115	Whatman grade 1 for Petri plate moist chambers
FV 3000 laser scanning confocal microscope	Olympus	N/A	For visualization of fungal transformants'
Germination paper	Anchor Paper Co.	SD7615L	76# heavy weight for plastic box moist chambers
Glass Petri dishes	VWR International	75845-542	Type 1 class A, 33 expansion borosilicate glass; complete set (cover + bottom), for Petri plate moist chambers
Glass wool	Ohio Valley Specialty Chemical	3350	For glass-wool filter units
Hemocytometer/Neubauer counting chamber and cover glass	VWR International	15170-172	0.1 mm chamber depth; comes with two 0.4 mm cover glasses
Microscope coverslips	Fisher Scientific	12-553-457	Borosilicate glass; 100/Pk.; 22 mm length, 22 mm width
Maize cultivar Golden Jubilee seeds	West Coast Seeds Ltd., Delta, BC, Canada	CN361	Matures in 95-105 days; seed type: F1
Microcentrifuge tubes	USA Scientific	1415-2500	1.5 mL capacity
Microscope slides	Fisher Scientific	12-550-123	Superfrost white tab slide; 76 mm length, 25 mm width
Oatmeal Agar (OA)	VWR International	255210	Difco Oatmeal Agar, BD; 500 g
Nail polish	Revlon	43671	Clear nail polish for sealing microscope slides; color 771 Clear
Non-skirted 96-well PCR plate	USA Sientific	1402-9500	100 uL plate volume
Pestle for microcentrifuge tubes	USA Scientific	1415-5390	Conical tip; polypropylene material
PlanApo 60X/1,00 WLSM water objective	Olympus	1-UB933	Compatible with the Olympus FV 3000 confocal microscope
Potato Dextrose Agar (PDA)	VWR International	90000-758	Difco Potato Dextrose Media, BD; 500 g
Pro-Mix BX	Premium Horticulture Supply Co.	N/A	Premium general-purpose growing medium formulated to provide a balance of water retention and proper drainage
SC10 cone-tainers	Greenhouse Megastore	CN-SS-SC-10B	1.5 inch diameter, 8.25 inch depth, and a volume of 164 mL
SC10 cone-tainers tray	Greenhouse Megastore	CN-SS-SCTR98	24 inch length x 12 inch width x 6.75 inch height; holds up to 98 of SC10 cone-tainers
Single edge razor blade	Thermo Fisher Scientific	17-989-145	AccuTec blade; steel material; 38 mm length blade
Storage containers/boxes with latch closure	Target	002-02-0405	Clear view storage boxes for rmoist chamber; outside dimensions: 23 5/8 inch x 16 3/8 inch x 6 1/2 inch; 32 qt. capacity