Zum Anzeigen dieser Inhalte ist ein JoVE-Abonnement erforderlich. Melden Sie sich an oder starten Sie Ihre kostenlose Testversion.
Method Article
Messung des osmotischen Wasserdurchlässigkeit Koeffizienten (P f) der Zellen können helfen zu verstehen, die Regulationsmechanismen der Aquaporine (AQPs). P f die Bestimmung der sphärischen Pflanzenzellprotoplasten Protoplasten umfasst hier dargestellten Isolierung und numerische Analyse der anfänglichen Rate der Volumenänderung als Folge eines osmotischen Herausforderung bei konstanter Badperfusion.
Studium AQP Regulationsmechanismen ist entscheidend für das Verständnis der Wasser Beziehungen sowohl auf der zellulären und der gesamten Anlage Ebenen. Dargestellt ist hier die einfache und sehr effiziente Methode zur Bestimmung des osmotischen Wasserdurchlässigkeitskoeffizienten (P f) in Pflanzenprotoplasten, grundsätzlich auch auf andere sphärische Zellen wie Frosch-Oozyten. Der erste Schritt des Assays ist die Isolierung von Protoplasten aus dem Pflanzengewebe von Interesse durch enzymatischen Verdau in eine Kammer mit einer geeigneten isotonischen Lösung. Der zweite Schritt besteht aus einem osmotischen Herausforderung Assay: Protoplasten am Boden der Kammer immobilisiert sind, um eine konstante Ausgangs Perfusion durch einen hypotonischen Lösung vorlegt, mit einer isotonischen Lösung und gefolgt. Die Zellschwellung ist Video aufgezeichnet. Im dritten Schritt werden die Bilder offline verarbeitet, um Volumenänderungen zu erhalten, und der Zeitverlauf der Volumenänderungen mit dem Zeitverlauf der Änderung in osmola korreliertheit der Kammer Perfusionsmedium mit einem Kurvenanpassungsverfahren in Matlab (die 'PfFit') geschrieben, um P f ergeben.
Wasseraufnahme und Fluss durch Zellmembranen ist eine wesentliche Voraussetzung für die Pflanzen Existenz sowohl auf zellulärer und die ganze Pflanze Ebenen. Auf zellulärer Ebene, Aquaporine (AQPs) spielen eine Schlüsselrolle bei der Regulierung des osmotischen Wasserdurchlässigkeitskoeffizient (P f) der Zellmembran 1-3.
Bisher wurden mehrere Verfahren zur Messung der endogenen P f Protoplasten aus verschiedenen Pflanzenorganen verwendet worden (dh Wurzeln, Mesophyll endodermis usw. Durch Chaumont et al. 4 Bewertung). Einer der Ansätze zur P f zu messen, um die Protoplasten zu einer osmotischen Herausforderung freizulegen und um die anfängliche Rate der Volumenänderung zu überwachen (dh., Die Steigung der linearen Phasen Anfang der Volumenänderung). Zwei verschiedene Verfahren wurden bisher für die dieser Ansatz beschrieben, die beide auf einer momentanen Austausch von Lösungen. Die erste besteht aus immobilizing Protoplasten mit einem Sog Mikropipette und Umschalten der Lösungsstrom 5 und dem zweiten der Übertragung der Protoplasten von einer Lösung zur anderen mit einer Mikropipette 6. Diese Mikropipette Saug-und Mikropipette Übertragung Methoden, die Bildaufnahme ganz am Anfang der schnellen Lösung Austausch zu ermöglichen (die frühe Phase der linearen Volumenänderung zu erfassen), wahrscheinlich beinhalten eine körperliche Belastung zu Protoplasten und erfordern spezielle Ausrüstung und Experten der Mikromanipulation.
Das hier beschriebene Verfahren minimiert die Störung der Zellen, schließt keine Mikromanipulation und ermöglicht die Ableitung von P f, wenn die Badperfusion nicht augenblicklich.
Nach der enzymatischen Verdauung, die Protoplasten in einer isotonischen Lösung eingetaucht ist, sind auf dem Deckglas Boden einer Plexiglas (aka Lucite oder Plexiglas) Kammer, die durch Ladungs-Wechselwirkung immobilisiert. Dann wird während einer konstanten Badperfusion,die isotonische Lösung entfernt von einer hypotonischen Lösung Erzeugung eines hypoosmotischen Herausforderung für die Protoplasten gespült. Die Quellung des Protoplasten ist Video aufgezeichnet und dann durch Kombinieren der Informationen über den Zeitverlauf der Badperfusion und der Zeitverlauf der Zellschwellung, die P f wird durch die Bildverarbeitung und Kurvenanpassungsverfahren bestimmt.
Die Vorteile dieses Verfahrens sind, dass das Experiment ist sehr effizient, das heißt es ist möglich, einige Zellen gleichzeitig in einem einzigen Assay zu überwachen, und dass es keine spezielle Ausrüstung oder insbesondere Mikromanipulationsfähigkeiten erfordern. Mehrere Anwendungen für diese Methode sind möglich. B. Bestimmung der nativen P f eine Vielzahl von Zellen aus verschiedenen Geweben und Pflanzen, wie Mesophyll und Bündelscheidenzellen aus Arabidopsis Blatt 7, Maisblatt Mesophyllzellen oder Wurzelcortexzellen 8-10 oder Suspensionskulturzellen 11,12. In Additiauf, ist es möglich, P f des sphärischen Tierzellen wie Eizellen Zellen 11 zu bestimmen. Ein weiteres Beispiel ist der Prüfung AQP-Aktivität durch transiente Expression ihrer Gens in den Protoplasten (oder andere Gene, die sie beeinflussen können, zB Gene von Kinasen) und Bestimmung von deren Beitrag zur P f; beispielsweise die Expression von Tomaten AQP SlTIP2, 2 in Arabidopsis Mesophyll-Protoplasten durch PEG-Transformation und die Entschlossenheit der SlTIP2, 2 bezogenen P f 13. Schließlich Prüfung der Wirkung auf P f verschiedener Moleküle / Substanzen (Medikamente, Hormone, etc.) zugegeben, um die Lösungen können ebenfalls untersucht werden, zum Beispiel der AQP Blocker HgCl 2 7.
Das folgende Protokoll beschreibt die Isolierung von Protoplasten von Arabidopsis Mesophyllzellen und die Bestimmung ihrer P f.
1. Herstellung der Lösungen
2. Isolierung von Arabidopsis Mesophyll-Protoplasten
3. Die Herausforderung Hypotone Assay: Arabidopsis Mesophyll Zellschwellung
4. Analyse der Zellvolumenänderung mit ImageJ
Hinweis: Um die AnalyseSerie von Bildern von einem Quellzelle, verwenden Sie den "Image Explorer" und "Protoplasten Analyzer 'plugins in der ImageJ-Software (von Xavier Draye geschrieben) 14. Ausgehend von den gewählten Protoplasten an ihrem ersten Zeitpunkt wird die "Protoplasten Analyzer 'Plugin erkennt automatisch die Protoplasten Kanten (Konturen) und berechnen den Zeitverlauf ihrer Flächen während des Versuchs (die Plugins sind mit dem PfFit Analyseprogramm, unten) .
5. Modellierung der Währungs Osmolarität Wechsel in der Versuchskammer mit ImageJ und der MATLAB-Programm P f Fit
6. Die Bestimmung der P f mit der Matlab Fitting-Programm P f Fit
HINWEIS: Zusätzlich zu den grundlegenden Annahmen in Bezug auf das Verhalten von einem Protoplasten als eine wahre und vollkommene Osmometers 11, die Bestimmung der P f beruht auf der Annahme, dass P f sich mit der Zeit ändern, dass diese Dynamik der P f liegt unter der Zeit Verlauf der Zellvolumenänderung und dass drei Parameter aus, um es zu beschreiben: P fi (den Anfangswert des P f), Slope Pf (die Geschwindigkeit der Längenänderung von P f) und Delay (die Zeit vom Beginn des Bades Osmolarität Änderung bis zum Beginn der Zellvolumenänderung). Verschiedene Modelle können getestet werden, darunter verschiedene Kombinationen dieser Parameter und deren Werte, einschließlich Nullwerte 11. P f Fit nach dem besten Kombination dieser Parameter zu ergeben - durch Berechnung - die originalgetreue Reproduktion des Versuchszeitverlauf der Zellvolumenänderung 11, berechnet, die wiederum aus der importierten Reihe von Zell-Konturbereiche (siehe auch die Zusatz 'P f Fit Benutzerhandbuch).
Um die P f die Aktivität verschiedener AQPs bestimmen und zu vergleichen, werden Mesophyll-Protoplasten aus Arabidopsis Blatt verwendet. Diese Protoplasten wurden gefunden, um niedrigen Grund (Hintergrund) P f Stufen 7 und kann als Funktions-Expressionssystem dienen, um reproduzierbare Messungen P f zu ermöglichen.
Protoplasten aus einer reifen Blatt von einem 6 Wochen alten Arabidopsis-Pflanze wurden isoliert und drei Gen-Konstrukte mit AQP Gene...
Beschrieben wird hier ein einfaches und sehr effizientes Verfahren zur Messung der P f der isolierten pflanzlichen Protoplasten, grundsätzlich auch auf andere sphärische Zellen, zB., Froschoozyten 11. Diese Methode basiert auf der Messung der P f in Reaktion auf eine osmotische Herausforderung an die Zelle. Im Gegensatz zu anderen Methoden, die auf diesem Ansatz ist jedoch die Änderung von Lösungen, dh der Osmolarität, nicht plötzlich, sondern allmählich, währen...
We have nothing to disclose.
Diese Arbeit wurde durch Zuschüsse aus dem belgischen Nationalfonds für Scientific Forschung (FNRS), das Interuniversitäre Attraktion Polen Programm-belgischen Wissenschaftspolitik und die "Communauté française de Belgique-Aktionen de Recherches Concertées" zum FC, von der Israel Science Foundation Jerusalem (unterstützt ISF) zu MM (Grant # 1311-1312) und NM (Grant # 1312-1312).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
KCl | Chem-Impex International | 01247-1 | http://www.chemimpex.com Any source, anal. grade |
CaCl2 | Merck | 11718006 | http://www.merck.com Any source, anal. grade |
2-(N-morpholine)-ethanesulphonic acid (MES) | Sigma | 15152002 | http://www.sigmaaldrich.com Any source, anal. grade |
D-Sorbitol | Sigma | 18032003 | http://www.sigmaaldrich.com Any source, anal. grade |
Cellulase | Worthington, Lakewood, NJ, USA | LS002603 | http://www.worthingtonbiochem.com |
Pectolyase | Karlan, Phonix, AZ, USA | 8006 | http://www.karlan.com |
Polyvinyl-pyrrolidone K 30 (PVP) | Sigma | 81420 | http://www.sigmaaldrich.com |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma | A9418-5G | http://www.sigmaaldrich.com |
Protamine sulphate | Sigma | P4380 | http://www.sigmaaldrich.com |
Poly-L-Lysine | Sigma | P8920 | http://www.sigmaaldrich.com |
Xylene cyanol | Sigma | X4126 | http://www.sigmaaldrich.com |
Silicone vacuum grease heavy | Merck | 107921 | https://merck-chemicals.co.id/chemicals/silicone-high-vacuum-grease-heavy/MDA_CHEM-107921/p_LMib.s1Oxr4AAAEvXHg49in.?SecurePage=true&SEO_ErrorPageOccurred=true&attachments=CoA |
Inverted microscope | Nikon | Eclipse TS100/TS100F | http://www.nikoninstruments.com |
Peristaltic pump | BIO-RAD | EP-1 Econo Pump | http://www.bio-rad.com |
Grayscale digital camera | Scion Corporation | CFW-1308M | http://www.scioncorp.com |
CMU 1394 Camera Driver’ plugin for ImageJ | Carnegie Mellon | http://www.cs.cmu.edu/~iwan/1394/download.html Free software | |
ImageJ | NIH | http://rsb.info.nih.gov/ij/ Free software | |
Econo Gradient Pump Fittings Kit | BIO-RAD | 731-9006 | http://www.bio-rad.com |
Connectors, manifold | DirectMed | http://directmed.com/main/Plastic-Medical-Tubing-Connectors.html?ACTION=S | |
Burette infusion sets (columns) | Welford | IF-BR-001 | http://www.welfordmedical.com/content.php?id=61 |
Tubing | TYGON | R-3603 | http://www.usplastic.com |
3M packaging Scotch tape 1'', clear | Viking Industrial, UK | VKMONO25 | http://www.vikingtapes.co.uk/c-428-vkmono-mono-filament-tape.aspx#.UuvqOftdy_8 any clear adhesive tape (sellotape, etc.) is likely to be OK |
Genehmigung beantragen, um den Text oder die Abbildungen dieses JoVE-Artikels zu verwenden
Genehmigung beantragenThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Alle Rechte vorbehalten