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In diesem Artikel

  • Zusammenfassung
  • Zusammenfassung
  • Einleitung
  • Protokoll
  • Ergebnisse
  • Diskussion
  • Offenlegungen
  • Danksagungen
  • Materialien
  • Referenzen
  • Nachdrucke und Genehmigungen

Zusammenfassung

In diesem Protokoll wir beschreiben Techniken für die richtige Zerlegung von Arabidopsis Blumen und Siliques, einige grundlegende Clearing-Techniken und Färbung Verfahren für ganz-Mount Beobachtungen der reproduktiven Strukturen ausgewählt.

Zusammenfassung

Aufgrund seiner gewaltigen Werkzeuge für Molekulare genetische Studien ist Arabidopsis Thaliana eines der prominentesten Modell Arten in Pflanzenbiologie und insbesondere Anlage Reproduktionsbiologie. Allerdings beinhalten Pflanzen-morphologische, anatomische und Ultrastrukturforschung Analysen traditionell zeitraubende einbetten und Verfahren für Hellfeld, Scannen und Elektronenmikroskopie-Schnitt. Jüngste Fortschritte in konfokale Fluoreszenzmikroskopie, State-of-the-Art 3-d-CAD-mikroskopische Analysen und die kontinuierliche Verbesserung der molekularen Techniken auf gering verarbeitete ganze-Mount Proben verwendet werden führte zu einer steigenden Nachfrage nach Entwicklung effizienter und minimale Probe Verarbeitungstechniken. In diesem Protokoll beschreiben wir Techniken für richtig sezieren Arabidopsis Blumen und Siliques, grundlegende Techniken, clearing und einige befleckenden Verfahren zur gesamten-Mount Beobachtungen der reproduktiven Strukturen.

Einleitung

Blumen sind eines der wichtigsten Organe der Angiospermen definieren. Blühende Pflanzen erschienen vor 90 Millionen Jahren1, und so schnell, dass ihre schnelle aussehen als eine "abscheuliche Geheimnis" von Charles Darwin2beschrieben wurde diversifiziert. Die Interessen der Pflanzenforscher Blütenentwicklung sind vielfältig. Einige Forschung konzentriert sich auf das Verständnis des evolutionären Ursprungs der Blume als Ganzes oder die Entwicklung der spezifischen anatomischen, strukturelle und funktionelle Eigenschaften von Blumen3,4,5,6 . Die hohe Varianz in florale Form und Struktur sowie die Modi der sexuelle und asexuelle Reproduktion unter Berufung auf sie, machen der Blume ein hochkomplexes Gebilde. Dies führte zu vielfältigen Bemühungen um die Anatomie und strukturelle Eigenschaften von blütenorganen, mit Licht und Elektronen mikroskopischen Techniken, die in mit genetischen und molekularbiologischen Untersuchungen7 Kombinationzu charakterisieren. Darüber hinaus als Quelle von Früchten und Samen, sind Blumen von größter Bedeutung für die Human-und Tierernährung. Daher hat die Charakterisierung von Blüte und Frucht Entwicklung viele Konsequenzen für angewandte Forschung, einschließlich der Sicherung der Ernährung einer wachsenden Weltbevölkerung und ökologische Erhaltung Strategien im Rahmen einer sich ändernden Umwelt8 , 9 , 10.

Blütenentwicklung in Arabidopsis beginnt mit Blume Induktion und die Transformation von der vegetativen Meristem, ein Blütenstand (Gruppe von Blumen) Meristem. Blume Primordia sind seitlich an der Flanke der Blütenstand Meristem11eingeleitet. Die floralen Orgel Primordia schrittweise in konzentrischen Windungen von außen in die Mitte der Blüte zu bilden und schließlich in Kelchblätter, Blütenblätter, Staubblätter und Fruchtblätter7entwickeln. Diese blütenorganen erfüllen unterschiedliche nutritive, Schutz- und funktionale (z.B.Bestäuber Attraktion) Rollen in verschiedenen Pflanzenarten mit den Geschlechtsorganen, die nachhaltige Entwicklung der männlichen und weiblichen Gametophyten, bzw.12 , 13. die Gametophyten wiederum jeweils ein paar männlich (Sperma) unterscheiden und weiblichen Gameten (Ei und zentrale Zelle), die auf einen doppelte Befruchtung an die nächste Generation, die Zygote und primäres Endosperm bilden ein terminal Gewebe unterstützen die Entwicklung des Embryos14,15. Frucht und Samen Entwicklung unterstützen das Wachstum, Reifung und Konservierung des Embryo und schließlich seine Ausbreitung. Umfangreicher Forschung ist durchgeführt worden, zur Charakterisierung von Blume und Embryo Entwicklung in verschiedenen Pflanzenarten, vor allem in der Modell-Spezies Arabidopsis7,16,17.

Frühe mikroskopische Analysen der Blütenentwicklung beruhten auf zeitraubende Probenbearbeitung und Beobachtung, dass Techniken wie Paraffin oder Harz einbetten und -Schnitt, mit Licht oder Elektronenmikroskopie kombiniert. Diese traditionellen mikroskopischen Techniken wurden oft in Kombination mit molekularen genetischen Untersuchungen, wie mikroskopische Analysen von Mutanten, die Lokalisierung der RNA durch in Situ Hybridisierung oder die Immuno-Erkennung von Proteinen verwendet. Jüngste Fortschritte im Weitfeld- und konfokale Fluoreszenzmikroskopie in State-of-the-Art 3-d CAD-Bild-Analysen und die kontinuierliche Verfeinerung der molekularen Methoden, die auf gering verarbeitete ganze-Mount Proben verwendet werden kann führte zu einem Bedarf an Beispiel für effiziente und minimale Verarbeitungstechniken, die Quantitative Analysen bevorzugt zugänglich sind. In den letzten Jahren erhebliche Fortschritte bei der Entwicklung von Clearing-Techniken auf tierische Probe vollständig-hängen. Machen sie der Probe transparent entweder mit wässrigen Harnstoff oder zuckerhaltigen Reagenzien (z. B., Maßstab, SeeDB, KUBISCH)18,19,20, oder selektiv entfernen Lipide (unter Verwendung des Waschmittels SDS) nach Proben einbetten in stabilen Hydrogele; die Entfernung von Lipiden kann entweder durch passive Diffusion (z.B.Klarheit Protokoll21, Pakt-PARS-Felgen22geändert) oder aktiv durch Elektrophorese (ursprüngliche Klarheit Protokoll23 und ACT-PRESTO-24). Ermutigt durch diese schnelle Fortschritte, entstehen einige abgeleiteten Techniken auch für den Einsatz in Anlagen.

In diesem Methodenpapiers konzentrierte sich auf das Modell Arabidopsisbeschreiben wir das Verfahren für die ordnungsgemäße Zerlegung des jungen Siliques, Knospen und Blumen, und die Räumung des gesamten-Mount Proben für unterschiedliche Färbung und Beobachtung Verfahren mit klassische oder eine aktuelle SDS-basierte Clearing-Methode. Beispiele für Stärke, Zellstress und Chromatin zu beflecken. Obwohl diese Verfahren weitere Verbesserungen und Anpassungen bei Verwendung mit anderen Arten benötigen können, hoffen wir, dass sie die Bühne für die weitere Forschung auf diese einfachen, aber wichtigen Methoden festgelegt werden, die der Ausgangspunkt zahlreicher Forschungsprojekte sind.

Protokoll

1. Blume und Schote Fixierung

  1. Ernte Blumen und Siliques aus Pflanzen synchronisiert bei der Eröffnung der ersten Blüte.
    Hinweis: Unter den experimentellen Bedingungen hier verwendete, Pflanzen blühen beginnen ungefähr 21 Tage nach der Transplantation von Murashige und Skoog (MS) Platten zu Boden. Samen sind geschichtete für 3 – 4 Tage bei 4 ° C und gekeimt/gewachsen auf MS-Platten bei 22 ° C/16 h Licht und 18 ° C/8 h dunkel für 8 bis 10 Tage vor der Verpflanzung der Sämlinge auf nährstoffreichen Böden in Töpfen gehalten unter den gleichen Bedingungen (Abbildung 1). Die Anzahl der Wiederholungen hängt von der spezifischen Forschungsziel, aber mindestens 5 Blütenstände (aus 5 einzelnen Pflanzen) für jede Behandlung wird empfohlen. Blumen sind das Versuchsgerät, empfiehlt ein Minimum von 10 Blüten pro replizieren.
  2. Schneiden Sie Blütenstände oder Blumen (Abb. 1E-H) mit einer kleinen Schere (z.B. Nagelschere) und legen Sie sie sofort in einem Microcentrifuge Schlauch (für einzelne Blütenstand/Blume Fixierung) oder eine konische Rohr (für kollektive Fixierungen) mit frisch gemacht Carnoy, Methanol/Essigsaure Säure oder FPA50 Fixiermittel (je nach Anwendung, siehe unten) auf dem Eis.
    Hinweis: Proben sollten vollständig in das Fixiermittel eingetaucht werden.
  3. Lassen Sie das Gewebe innerhalb der Fixiermittel für 4 h bei 4 ° c über Nacht
    Hinweis: Vakuum Infiltration kann verwendet werden, für die Beschleunigung des Eindringen von das Fixiermittel in das Gewebe, aber dies möglicherweise nachteilig für die Erhaltung der Struktur des Gewebes. Die Autoren umsetzen Vakuum Infiltration nicht.
  4. Das Fixiermittel zu entfernen, fügen Sie genügend 70 % igem Ethanol um die Proben zu decken, und bringt sie auf 4 ° C für mindestens 24 h; Proben können auf unbestimmte Zeit in dieser Lösung bleiben. Nach dem Entfernen von Ethanol, sofort mit dem nächsten Schritt fortfahren; Dissektion oder SDS-Clearing.

2. Präparation unter dem Stereomikroskop

  1. Setzen Sie gemacht frisch 70 % Ethanol in einem Uhrmacher Glas auf eine kleine Petrischale für Unterstützung.
  2. Ort der Blütenstand/Blume/Schote dazu frisch aus Fixiermittel und unter dem Stereomikroskop mit Zange und eine Spritze mit einer Nadel zu sezieren.
    1. Verwenden Sie ein Uhrmacher Glas oder ähnliches Gerät, das die Proben mit Ethanol (empfohlen) für die Zerlegung der Blütenstände und zerreißen blütenorganen Reifen Blüten (Kelchblätter, Blütenblätter und Staubfäden können in diesem Stadium seziert werden total überzogen sein können ), das Risiko von Proben Austrocknen zu vermeiden.
  3. Sezieren Sie Siliques und kleine Blütenknospen auf einer Folie, wie unten beschrieben.
    1. Der Uhrenhersteller Glas mit vorbehandelte Proben beiseite, und verwenden Sie eine normale Folie für die endgültigen Zerlegung.
    2. Verschieben der Probe von Interesse auf die Folie und fügen Sie 10 µL frisch 70 % Ethanol. Arbeiten Sie zügig auf die endgültigen Zerlegung und 10 µL Ethanol, fügen Sie, falls nötig, um die Probe ohne übermäßige Flüssigkeit feucht zu halten.
    3. Für Freigabe Pollenkörner von Staubblättern, siehe Punkt 5.1. Folgen Sie für sezieren Fruchtblätter und Eizellen, Verfahren Sie wie in Abbildung 2. Dieses Verfahren gilt für alle Phasen der Entwicklung von Fruchtblatt, einschließlich der Entwicklungsstand des grünen Siliques.
      Hinweis: Fügen Sie Ethanol nicht hinzu, wenn es ausreichend Ethanol Verschleppung gibt von bewegten die Proben; sehr kleine Proben sezieren ist viel einfacher in eine minimale Menge an Flüssigkeit. Halten Sie immer nur die Organe von Interesse (Kelchblätter, Blütenblätter, Staubblätter, Fruchtblätter, Eizellen, Samen oder Pollenkörner) auf der Folie. Dieses Verfahren sorgt für eine gleichmäßige Dicke zwischen der Folie und Deckglas, entspricht der Dicke des Organs untersucht, wodurch eine höhere Homogenität und damit Effizienz für mikroskopische Untersuchungen (höhere Anzahl von Ziel-Proben in der gleichen Brennebene).
  4. Verwenden Sie ein kleines Stück Löschpapier zu absorbieren und so viel Ethanol als möglich zu entfernen. Schnell fahren Sie mit dem nächsten Schritt (Kapitel 3, 4 oder 6) vor der Probe austrocknet.

3. Chloral Hydrate-basierte Abrechnung und kombinierte Clearing-Färbung

Hinweis: Beste Ergebnisse für Chloral Hydrate-basierte Clearing werden mit FPA50 befestigt Material erzielt.

  1. Platz 20 µL der clearing-Lösung (Chloral Hydrate/Glycerin, modifizierte Hoyers Medium, die Herr 4½ oder Herr der IKI-4½ Lösungen) auf der Probe-Lager-Folie. Mit ein paar Spritzen mit hypodermal Nadeln, positionieren die Proben nach Bedarf durch Verringerung des Raumes zwischen ihnen, und spiegeln diejenigen wo steht das Organ der Zinsen nach unten. Entfernen Sie alle verbleibenden Luftblase mit der Nadel.
  2. Senken Sie ein Deckglas seitlich zu sanft legen Sie es, sehr sanft drücken und warten Sie, bis die Clearing-Lösung den Raum dazwischen füllt. Bei Bedarf den gesamte Raum unter dem Deckglas füllen, fügen Sie minimale Clearing-Lösung hinzu.
  3. Legen Sie die Folie auf einen Diahalter und lassen Sie es unter dem Abzug. Fahren Sie mit mikroskopischen Beobachtungen nach mindestens 4 h und in den nächsten 4 – 5 Tagen.

4. Alexander Färbung und der Herr 4½ Räumung der Antheren kombiniert

Hinweis: Das ursprüngliche Alexander-Protokoll basiert auf Freigabe Pollenkörner auf der Folie vor Verschmutzung. Eine effiziente und informativer, Alexander Färbung und clearing-Verfahren ist die Färbung der Reife Pollenkörner im Reifen aber nicht aufspringende Antheren geändert.

  1. Wählen Sie aus frisch geernteten Blütenknospen, die mit nicht aufspringende Antheren öffnen.
    Hinweis: Nehmen Sie jüngere Blütenknospen nicht, weil Alexander Färbung sich an Reife Pollenkörner richtet und nicht effizient unreifen Pollenkörner befleckt. Ein Minimum von 5 Blüten pro Behandlung aus verschiedenen Pflanzen und Blütenstände geerntet wird empfohlen.
  2. Bereiten Sie eine 96-Well-Platte mit genügend Alexander Lösung um eine Blütenknospe zu versenken. Setzen Sie die Staubbeutel durch Entfernen der Kelchblätter und Kronblätter und tauche sie in Alexanders Lösung. Halten Sie die Proben unter dem Abzug für 1 – 3 h.
  3. Ersetzen Sie Alexanders Lösung zu, mit der Herr 4½ Lösung und setzen Sie die Multi-well-Platte wieder unter dem Abzug für eine Inkubation über Nacht.
  4. Mit Pinzette, sanft bewegen Sie die geräumten Blütenknospen in eine neue Folie. Da einige Verschleppung von Alexanders Lösung auftreten kann, verwenden Sie ein Löschpapier, um soviel Clearing-Lösung wie möglich zu entfernen.
  5. Die staubblätter zu sezieren und andere Gewebe zu entfernen. Führen Sie die Schritte in Abschnitt 3 des Herrn 4½-Lösung.

5. entfernen die Exine aus Pollenkörner

Hinweis: Wir empfehlen Carnoy Fixativ für DAPI-Färbung.

  1. Führen Sie die Fixierung und Dissektion Verfahren, die in den Abschnitten 1 und 2 beschrieben. Jetzt sollte man ein bis viele staubblätter auf der Folie in einen Mindestbetrag von 70 % Ethanol haben.
  2. Verwenden Sie ein Löschpapier, um überschüssige Ethanol zu entfernen, und fügen Sie 5 – 10 µL DAPI-Lösung. Mit ein paar Spritzen mit Nadeln, lassen Sie die Pollenkörner in diese kleine Menge Lösung (z. B.Verwendung einer Spritze, die Staubfäden und andererseits die Pollenkörner freizugeben zu immobilisieren). Fügen Sie ein weiteres 5 µL DAPI, wenn die Lösung trocknet aus.
  3. Entfernen allen Schmutz von den Staubfäden ist ein wichtiger Schritt, so, dass nur Pollenkörner sind zwischen der Folie und dem Deckglas Links.
  4. Platzieren Sie ein Deckglas auf der Probe-Lager-Folie durch seitlich absenken und fügen Sie die minimale Menge an DAPI-Lösung erforderlich, um den Raum zu füllen. Legen Sie einen Zeigefinger auf das Deckglas und ohne quetschen zu viel machen eine schnelle, feste und kurze Gleitbewegung.
    Hinweis: Um die notwendige Kraft und die Amplitude der gleitenden Bewegung einschätzen zu können, sollte diesen Schritt mehrmals geübt werden überprüft die Ergebnisse jedes Mal unter die Lupe genommen.
  5. DAPI-Lösung bei Bedarf hinzufügen und statt die Folie in eine feucht-Box im Dunkeln bei 4 ° C für 15 min bis 1 Uhr weiter Proben unter Weitfeld-Fluoreszenz oder konfokalen Mikroskopie innerhalb von 24 Std. zu beobachten versuchen, dieses Verfahren mit SDS löschen um zu überprüfen, ob weitere kombinieren verbessern rungen können abgerufen werden.

(6) Sodium Dodecyl Sulfat (SDS) löschen

Hinweis: Je nach floralen Organ analysiert werden, und auf der Forscher Fähigkeiten, sehr weich und kleine Exemplare zu zergliedern, die SDS-Behandlung kann erfolgen entweder vor (für erfahrene Forscher) oder nach der Dissektion Schritt (für weniger erfahrene Forscher) auf Methanol Essigsäure Säure Material fixiert.

  1. Verwenden Sie ein Uhrmacher Glas, eine konkave Folie oder einem Microcentrifuge Schlauch sezierte oder nicht seziert Proben in 1 % SDS und 0,2 N NaOH-Lösung über Nacht bei Raumtemperatur inkubieren.
  2. Mit Vorsicht zu handhaben, weil die Probe sehr weich ist und eine transparente Erscheinung hat. Mehrmals mit Wasser abspülen.
    Hinweis: Reste der SDS-Lösung können zu Niederschlag führen, beim Hinzufügen der Färbelösung, z.B., Anilin-blau.
  3. Folgen Sie für nicht seziert Proben Dissektion Verfahren Sie wie in Abschnitt 2, mit Wasser statt 70 % Ethanol. Entfernen Sie nach sezieren das gewünschte Gewebe alle Reste und Schmutz und überschüssiges Wasser mit einem Löschpapier, dann fügen Sie 20 – 40 µL der Färbelösung und fahren Sie mit Schritt 6.5.
  4. Für seziert Proben sorgfältig bewegen der Probenmaterials aus der Waschlösung und legen Sie sie in eine saubere Folie und fügen Sie 20 – 40 µL der Färbelösung.
  5. Legen Sie ein Deckglas vorsichtig auf der Folie durch seitlich absenken. Achten Sie darauf, nicht um die Vorbereitung zu zerquetschen. Wenn das Gewebe zu weich ist, verlassen findet eine Trennlinie in der Folie und dem Deckglas an seinen Ecken (z.B., Band oder einem gebrochenen deckgläschen), dünn einen Kammer-artigen Raum zwischen Folie und Deckglas, derart, dass das Deckglas die Probe vernichten nicht.
  6. Legen Sie die Folien in einem feucht-Box, mit Alufolie decken Sie ab, und legen Sie sie bei 4 ° C für mindestens 1 Stunde fahren Sie mit die Probe mit Weitfeld-Fluoreszenz oder der konfokalen Mikroskopie innerhalb von 24 h zu beobachten.

Ergebnisse

Arabidopsis gehört zur Familie Brassicacea, Lager Blütenstände mit bisexuell Blumen in einer doldentraube (Abbildung 1). Jede Blume hat vier Kelchblätter, vier Blütenblätter, sechs staubblätter (vier lange und zwei kurze) und ein syncarpous Gynoeceum, bestehend aus zwei Geburt an geschmolzenen Fruchtblätter (Abb. 1F-H) in vier konzentrische Umgänge25,

Diskussion

Die Existenz von vielen Blütenknospen innerhalb einer einzigen Blütenstand der Arabidopsis, überspannt alle Blume Entwicklungsstadien, bietet eine einzigartige Gelegenheit für Studien, die darauf abzielen, einen Effekt der Behandlung oder eine Entwicklungsstörung Funktion charakterisieren gleichzeitig über die verschiedenen Phasen der Blütenentwicklung. Ein guter Bezugspunkt zwischen verschiedenen Einzelpflanzen ist die Eröffnung der ersten Blüte der wichtigsten Blütenstand. Pflanzen werden behandelt, ...

Offenlegungen

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Danksagungen

Diese Arbeit wurde unterstützt von der Universität Zürich, ein IEF Marie Curie Grant (keine zu gewähren. TransEpigen-254797, A.H.), ein Advanced Grant des Europäischen Forschungsrates (keine zu gewähren. Medea-250358, UG), und ein Projekt Forschung und Technologieentwicklung (Grant MecanX, UG) von SystemsX.ch, die Schweizer Initiative in Systembiologie.

Materialien

NameCompanyCatalog NumberComments
Reagents and Materials
EthanolScharlauET00102500
Acetic AcidApplichemA3686,2500100% Molecular biology grade
Glacial Acetic AcidSigma-Aldrich320099Molecular Biology Grade
MethanolScharlauME03062500
Formaldehyde SolutionSigma-AldrichF1635
Propionic acidSigma-Aldrich81910-250 ml
Chloral hydrateSigma-Aldrich15307
GlycerolRoth3783.1
Gum arabicFluka51198
Lactic acidFluka69773
PhenolSigma-Aldrich77607-250MLWe used liquid phenol (use the density to find the required volume for your solution)
Clove oilSigma-AldrichC8392-100ML
XyleneRoth4436.1
IodineFluka57665
Potassium iodideMerck5043
Malachite GreenFluka63160
Fuchsin acidFluka84600
Orange GSigma7252
Sodium Dodecyl SulfateSigma-AldrichL3771Molecular Biology Grade
Sodium hydroxideSigma-Aldrich71690
Sodium di-Hydrogen PhosphateApplichemA1047,1000
Sodium phosphate dibasicSigma-AldrichS9763-1KG
Potassium phosphateSigma-Aldrich04347
EDTAApplichemA2937,1000
CalcofluorSigmaF6259Fluorescent brightener 28
AuramineChroma10120
DAPISigmaD9542toxic
Triton-X-100SigmaT8787
Aniline blueMerck1275
MS mediumCarolina19-57030
Nutrient-rich substrateEinheitserdeED73
Watch maker's glassNo specific brand
15 ml falcon centrifuge tubesVWR62406-200
Dumond ForcepsActimed0208-5SPSF-PS
ForcepsDUMONT BIOLOGY0108-5
SyringeBDBD Plastipak 3000131 ml
Preparation needleBDBD Microlance 304000
Microscope slidesThermo Scientific10143562CEcut edges
CoverslipsThermo ScientificDV40008
Humid boxA plastic box with damp paper towel and slide supports inside
NameCompanyCatalog NumberComments
Solutions
Fixatives
Carnoy's (Farmer's) fixativeAbsolute ethanol : glacial acetic acid, 3:1 (ml:ml)
Methanol/acetic acid fixative50 % (v/v) methanol, 10 % (v/v) glacial acetic acid in deionized water
FPA50 fixativeFormalin, propionic acid, 50% ethanol; 5:5:90 (ml:ml:ml)
Clearing solutions
Chloral hydrate/glycerolChloral hydrate : glycerol : water, 8:1:2 (g:ml:ml). Can be used for all flower developmental stages and for silique development with DIC microscopy. The best fixative is the formaline based FPA50
Modified HoyerGum arabic 7.5 g, chloral hydrate 100 g, glycerol 5 ml , water 30 ml. Can be used for all flower developmental stages and for silique development with DIC microscopy. The best fixative is the formaline based FPA50
Herr's 4½ clearing fluidLactic acid, chloral hydrate, phenol crystals, clove oil, xylene; 2:2:2:2:1, by weight. Can be used for all flower developmental stages (especially for stamen development) and for silique development with DIC microscopy. The best fixative is the formaline based FPA50
SDS/NaOH solutionMix-dilute the the SDS and the NaOH stock solution to 1% SDS / 0.2 N NaOH (10x dilution). For all stages of flower and silique developmental stages. The best fixative is the methano/acetic acid fixative; the other two fixatives can also be used. Can be combined with calcofluor, auramine, DAPI, and aniline blue staining solution.
SDS stock solution10 % (w/v) sodium dodecyl sulphate. Dissolve 10 g sodium dodecyl sulphate in 80 ml deionized water and make up to 100 ml with deionized water.
NaOH stock solution2 N NaOH solution: dissolve 4 g of NaOH in 40 ml of deionized water and make up to 100 ml with deionized water
Combined clearing and staining solutions
Herr's IKI-4½To a standard 4½ (9 g in total) add: 100 mg iodine, 500 mg potassium iodide. This clearing solution can be used for all flower developmental stages and for silique development, either for increasing contrast or for characterizing starch dynamics. Use FPA50 for structural analysis and Carnoy's fixative for quantitative starch analysis.
Alexander stainingEthanol 95% 10ml, malachite green (1% in 95% EtOH) 1 ml, fuchsin acid (1% in ddH2O) 5ml, orange G (1% in ddH2O) 0.5ml, phenol 5g, chloral hydrate 5g, glacial acetic acid 2ml, glycerol 25ml . This clearing/staining alone or in combination with Herr's 4½ solution can be used to evaluate pollen abortion in flowers with mature and tricellular pollen grains. It's used on freshly harved non-fixed material.
Staining solutions
Calcofluor solutionCalcofluor 0.007% in water (g:ml). Originally used as an optical brightner. Can be used for staining cellulose, carboxylated polysaccharides and callose in cell walls. Frequently used to stain the intine of the pollen grain. All three fixatives can be used with this solution.
Auramine solutionAuramine 0.01% in water (g:ml). This lipophilic fluorscent dye can be used for staining cuticles, cutin, and exine among others. All three fixatives can be used with this solution
Calcofluor-Auramine mixtureAuramine solution : Calcofluor solution, 3:1. Can be used for a combined staining by both solutions. Other proportions can be assayed maintaining a smaller proportion of calcofluor with respect to auramine.
DAPI solutionDAPI 0.4 ug/ml, 0.1 M sodium phosphate buffer (pH 7), 0.1% Triton-X-100, 1 mM EDTA. This solution can be used for staining chromosome spreads during male and female meiosis, and cell nuclei of any tissue. Frequently used for studying pollen grain development. Carnoy's and methanol/ acetic acid are the best fixatives for this solution. Formaldehyde-based fixatives such as FPA50 may interfere with the staining. Excitation in the UV and maximum emission around 461 nm.
Sodium phosphate buffer (0.1 M)Proton receptor: 0.2 M Na2HPO4, proton donor: 0.2 M NaH2PO4, ratio proton donor / proton receptor: 1.364 ( for a pH 7)
Aniline blue solution0.1% (w/v) aniline blue, 108 mM K3PO4 (pH 11), 2% glycerol. This solution can be used for staining callose and cellulose of many stages of development (e.g callose deposition in male and female terads, callose plugs in pollen tubes). Excitation in the UV and maximum emission around 455. It can also be excited at 514 nm with emission in the red for cell content staining.

Referenzen

  1. Crane, P. R., Friis, E. M., Pedersen, K. R. The origin and early diversification of angiosperms. Nature. 374 (6517), 27-33 (1995).
  2. Friedman, W. E. The meaning of Darwin's 'abominable mystery'. Am J Bot. 96 (1), 5-21 (2009).
  3. Sun, G., Dilcher, D. L., Zheng, S., Zhou, Z. In search of the first flower: A Jurassic angiosperm, Archaefructus, from Northeast China. Science. 282 (5394), 1692-1695 (1998).
  4. Mulcahy, D. L. The rise of the angiosperms: a genecological factor. Science. 206 (4414), 20-23 (1979).
  5. Friedman, W. E., Moore, R. C., Purugganan, M. D. The evolution of plant development. Am J Bot. 91 (10), 1726-1741 (2004).
  6. Endress, P. K., Soltis, D., Soltis, P., Leebens-Mack, J. Angiosperm floral evolution: morphological developmental framework. Advances in botanical research Volume 44: Developmental genetics of the flower. , 1-61 (2006).
  7. Alvarez-Buylla, E. R., et al. Flower development. Arabidopsis Book. 8, 30127 (2010).
  8. Beddington, J. Food security: contributions from science to a new and greener revolution. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 365 (1537), 61-71 (2010).
  9. Godfray, H. C., et al. Food security: The challenge of feeding 9 billion people. Science. 327 (5967), 812-818 (2010).
  10. Burkle, L. A., Alarcón, R. The future of plant-pollinator diversity: understanding interaction networks across time, space, and global change. Am J Bot. 98 (3), 528-538 (2011).
  11. Meyerowitz, E. M., et al. A genetic and molecular model for flower development in Arabidopsis thaliana. Dev Suppl. 1, 157-167 (1991).
  12. Hafidh, S., Fíla, J., Honys, D. Male gametophyte development and function in angiosperms: a general concept. Plant Reprod. 29 (1-2), 31-51 (2016).
  13. Schmidt, A., Schmid, M. W., Grossniklaus, U. Plant germline formation: common concepts and developmental flexibility in sexual and asexual reproduction. Development. 142 (2), 229-241 (2015).
  14. Sprunck, S., Dresselhaus, T. Three cell fusions during double fertilization. Cell. 161 (4), 708-709 (2015).
  15. Dresselhaus, T., Sprunck, S., Wessel, G. M. Fertilization mechanisms in flowering plants. Curr Biol. 26 (3), R125-R139 (2016).
  16. Smyth, D. R., Bowman, J. L., Meyerowitz, E. M. Early flower development in Arabidopsis. Plant Cell. 2 (8), 755-767 (1990).
  17. Roeder, A. H., Yanofsky, M. F. Fruit development in Arabidopsis. Arabidopsis Book. 4, e0075 (2006).
  18. Hama, H., et al. Scale, a chemical approach for fluorescence imaging and reconstruction of transparent mouse brain. Nat Neurosci. 14 (11), 1481-1488 (2011).
  19. Ke, M. -. T., Fujimoto, S., Imai, T. SeeDB. a simple and morphology-preserving optical clearing agent for neuronal circuit reconstruction. Nat Neurosci. 16 (8), 1154-1161 (2013).
  20. Susaki, E. A., et al. Whole-brain imaging with single-cell resolution using chemical cocktails and computational analysis. Cell. 157 (3), 726-739 (2014).
  21. Tomer, R., Ye, L., Hsueh, B., Deisseroth, K. Advanced CLARITY for rapid and high-resolution imaging of intact tissues. Nat Protoc. 9 (7), 1682-1697 (2014).
  22. Yang, B., et al. Single-cell phenotyping within transparent intact tissue through whole-body clearing. Cell. 158 (4), 945-958 (2014).
  23. Chung, K., Deisseroth, K. CLARITY for mapping the nervous system. Nat Methods. 10 (6), 508-513 (2013).
  24. Lee, E., et al. ACT-PRESTO: rapid and consistent tissue clearing and labeling method for 3-dimensional (3D) imaging. Sci Rep. 6, 18631 (2016).
  25. Endress, P. K. Evolution and floral diversity: the phylogenetic surroundings of Arabidopsis and Antirrhinum. Int J Plant Sci. 153 (3, Part 2), S106-S122 (1992).
  26. Reyes-Olalde, J. I., Zuñiga-Mayo, V. M., Chávez Montes, R. A., Marsch-Martínez, N., de Folter, S. Inside the gynoecium: at the carpel margin. Trends Plant Sci. 18 (11), 644-655 (2013).
  27. Hill, J. P., Lord, E. M. Floral development in Arabidopsis thaliana: a comparison of the wild type and the homeotic pistillata mutant. Can J Bot. 67 (10), 2922-2936 (1989).
  28. Sessions, R. A., Zambryski, P. C. Arabidopsis gynoecium structure in the wild type and in ettin mutants. Development. 121 (5), 1519-1532 (1995).
  29. Schneitz, K., Hülskamp, M., Pruitt, R. E. Wild-type ovule development in Arabidopsis thaliana: a light microscope study of cleared whole-mount tissue. Plant J. 7 (5), 731-749 (1995).
  30. Sundberg, E., Ferrándiz, C., Østergaard, L. Gynoecium patterning in Arabidopsis: a basic plan behind a complex structure. Annual Plant Reviews Volume 38: Fruit Development and Seed Dispersal. , 35-69 (2009).
  31. Meinke, D. W. 10 seed development in Arabidopsis thaliana. Cold Spring Harbor Monograph Archive. 27, 253-295 (1994).
  32. Weigel, D., Glazebrook, J. . Arabidopsis: a laboratory manual. , (2002).
  33. Herr, J. M. A new clearing-squash technique for the study of ovule development in angiosperms. Am J Bot. 58 (8), 785-790 (1971).
  34. Alexander, M. P. A versatile stain for pollen fungi, yeast and bacteria. Stain Technol. 55 (1), 13-18 (1980).
  35. Herr, J. M. Applications of a new clearing technique for the investigation of vascular plant morphology. J Elisha Mitchell Sci Soc Chapel Hill N C. 88 (3), 137-143 (1972).
  36. Herr, J. M., Goldman, C. A., Hauta, P. L., O'Donnell, M. A., Andrews, S. E., van der Heiden, R. Clearing techniques for the study of vascular plant tissues in whole structures and thick sections. Tested studies for laboratory teaching. Proceedings of the Fifth Workshop/Conference of the Association for Biology Laboratory Education (ABLE). 5, 63-84 (1993).
  37. Colcombet, J., Boisson-Dernier, A., Ros-Palau, R., Vera, C. E., Schroeder, J. I. Arabidopsis somatic embryogenesis receptor kinases1 and 2 are essential for tapetum development and microspore maturation. Plant Cell. 17 (12), 3350-3361 (2005).
  38. Heslop-Harrison, J., Heslop-Harrison, Y., Shivanna, K. R. The evaluation of pollen quality and a further appraisal of the fluorochromatic (FCR) test procedure. Theor Appl Genet. 67 (4), 367-379 (1984).
  39. Stone, J. L., Thomson, J. D., Dent-Acosta, S. J. Assessment of pollen viability in handpollination experiments: A review. Amer J Bot. 82 (9), 1186-1197 (1995).
  40. Dafni, A., Firmage, D. Pollen viability and longevity: practical, ecological and evolutionary implications. Plant Syst Evol. 222 (1-4), 113-132 (2000).
  41. Lora, J., Testillano, P. S., Risueño, M. C., Hormaza, J. I., Herrero, M. Pollen development in Annona cherimola Mill. (Annonaceae). Implications for the evolution of aggregated pollen. BMC Plant Biol. 9, 129 (2009).
  42. Ross, K. J., Fransz, P., Jones, G. H. A light microscopic atlas of meiosis in Arabidopsis thaliana. Chromosome Res. 4 (7), 507-516 (1996).
  43. Park, S. K., Howden, R., Twell, D. The Arabidopsis thaliana gametophytic mutation gemini pollen1 disrupts microspore polarity, division asymmetry and pollen cell fate. Development. 125 (19), 3789-3799 (1998).
  44. Haseloff, J. Old botanical techniques for new microscopes. BioTechniques. 34 (6), 1174-1182 (2003).
  45. Truernit, E., et al. High-resolution whole-mount imaging of three-dimensional tissue organization and gene expression enables the study of phloem development and structure in Arabidopsis. Plant Cell. 20 (6), 1494-1503 (2008).
  46. Hedhly, A., et al. Starch turnover and metabolism during flower and early embryo development. Plant Physiol. 172 (4), 2388-2402 (2016).
  47. Crane, C. F., Carman, J. G. Mechanisms of apomixis in Elymus rectisetus from eastern Australia and New Zealand. Am J Bot. 74 (4), 477-496 (1987).
  48. Young, B. A., Sherwood, R. T., Bashaw, E. C. Cleared-pistil and thick-sectioning techniques for detecting aposporous apomixis in grasses. Can J Bot. 57 (15), 1668-1672 (1979).
  49. Kurihara, D., Mizuta, Y., Sato, Y., Higashiyama, T. ClearSee: a rapid optical clearing reagent for whole-plant fluorescence imaging. Development. 142, 4168-4179 (2015).
  50. Warner, C. A., et al. An optical clearing technique for plant tissues allowing deep imaging and compatible with Fluorescence Microscopy. Plant Phys. 166, 1684-1687 (2014).
  51. Hasegawa, J., Sakamoto, Y., Nakagami, S., Aida, M., Sawa, S., Matsunaga, S. Three-dimensional imaging of plant organs using a simple and rapid transparency technique. Plant Cell Physiol. 57 (3), 462-472 (2016).
  52. Musielak, T. J., Slane, D., Liebig, C., Bayer, M. A Versatile Optical Clearing Protocol for Deep Tissue Imaging of Fluorescent Proteins in Arabidopsis thaliana. PLoS ONE. 11 (8), e0161107 (2016).

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