Valutazione dell'efficienza fotosintetica nei mutanti fotorespiratori mediante analisi di fluorescenza clorofilliana

Riepilogo

Descriviamo un approccio per misurare i cambiamenti nell'efficienza fotosintetica nelle piante dopo il trattamento con bassa CO₂ utilizzando la fluorescenza della clorofilla.

Abstract

La fotosintesi e la fotorespirazione rappresentano i maggiori flussi di carbonio nel metabolismo primario delle piante e sono necessari per la sopravvivenza delle piante. Molti degli enzimi e dei geni importanti per la fotosintesi e la fotorespirazione sono stati ben studiati per decenni, ma alcuni aspetti di questi percorsi biochimici e la loro diafonia con diversi processi subcellulari non sono ancora completamente compresi. Gran parte del lavoro che ha identificato i geni e le proteine importanti nel metabolismo delle piante è stato condotto in ambienti altamente controllati che potrebbero non rappresentare al meglio come funzionano la fotosintesi e la fotorespirazione in ambienti naturali e agricoli. Considerando che lo stress abiotico si traduce in una ridotta efficienza fotosintetica, è necessario lo sviluppo di uno schermo ad alto rendimento in grado di monitorare sia lo stress abiotico che il suo impatto sulla fotosintesi.

Pertanto, abbiamo sviluppato un metodo relativamente veloce per lo screening di cambiamenti indotti da stress abiotico all'efficienza fotosintetica in grado di identificare geni non caratterizzati con ruoli nella fotorespirazione utilizzando l'analisi della fluorescenza clorofilliana e lo screening a bassa CO₂ . Questo articolo descrive un metodo per studiare i cambiamenti nell'efficienza fotosintetica nei mutanti knockout del DNA trasferito (T-DNA) in Arabidopsis thaliana. Lo stesso metodo può essere utilizzato per lo screening dei mutanti indotti dal metansolfonato di etile (EMS) o per lo screening dei soppressori. L'utilizzo di questo metodo può identificare i candidati geni per ulteriori studi sul metabolismo primario delle piante e sulle risposte allo stress abiotico. I dati di questo metodo possono fornire informazioni sulla funzione genica che potrebbe non essere riconosciuta fino all'esposizione a ambienti di stress aumentati.

Introduzione

Le condizioni di stress abiotico comunemente osservate nei campi degli agricoltori possono avere un impatto negativo sui raccolti riducendo l'efficienza fotosintetica. Condizioni ambientali dannose come ondate di calore, cambiamenti climatici, siccità e salinità del suolo possono causare stress abiotici che alterano la disponibilità di CO₂ e riducono la risposta di una pianta a stress luminosi elevati. I due maggiori flussi di carbonio terrestri sono la fotosintesi e la fotorespirazione, che sono essenziali per la crescita delle piante e la resa delle colture. Molte delle importanti proteine ed enzimi coinvolti in questi processi sono stati caratterizzati i....

Protocollo

1. Preparazione e sterilizzazione delle sementi

NOTA: La preparazione delle sementi consiste nell'assorbimento e nella sterilizzazione dei semi. È importante notare che tutti questi passaggi devono essere eseguiti in una cappa a flusso laminare per mantenere condizioni sterili. Tutti i materiali, i reagenti e i substrati di crescita necessari devono essere sottoposti ad autoclave (vedere la Tabella dei materiali).

1. Assorbimento e stratificazione dei semi
   NOTA: Le linee di semi utilizzate sono plgg1-1 (salk_053463), abcb26 (salk_085232) e wild type (WT, Col-0).
   1. Erogare i ....

Risultati

I risultati mostrano immagini di lastre di immagini grezze e fluorescenza dallo screening ambientale e a bassa CO₂ di WT e mutanti di prova. Ogni piantina è etichettata per numero di area, con le corrispondenti letture di fluorescenza fornite come QY. I dati vengono esportati come file di testo e possono essere aperti in un foglio di calcolo per l'analisi (vedere la tabella supplementare S1). Le linee mutanti plgg1-1 e abcb26 sono state selezionate per dimostrare l'identific.......

Discussione

I metodi sperimentali descritti in questo documento presentano alcuni vantaggi e limitazioni. Un vantaggio è che questo metodo può schermare molte piantine di piante, anche se devono essere prese alcune precauzioni per prevenire la contaminazione della piastra del supporto vegetale durante il processo di placcatura e crescita. Pertanto, è fondamentale sigillare le piastre di Arabidopsis con nastro chirurgico. Un altro vantaggio di questo esperimento è che ha un periodo di stress fotorespiratorio più breve di 12 ore .......

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
1.5 mL microcentrifuge tube	VWR	10810-070	container for seed sterilization
agarose	VWR	9012-36-6	chemical used to suspend seeds for ease of plating
Arabidopsis thaliana seeds (abcb26)	ABRC, ordered through TAIR www.arabidopsis.org	SALK_085232	arabidopsis seeds used as experimental group
Arabidopsis thaliana seeds (plgg1-1)	ABRC, ordered through TAIR www.arabidopsis.org	SALK_053469C	parental arabidopsis seeds
Arabidopsis thaliana seeds (WT)	ABRC, ordered through TAIR www.arabidopsis.org	Col-0	arabidopsis wild type seeds used as a control group
bleach	clorox	generic bleach	chemical used to sterilize seeds
Carbolime absorbent	Medline products	S232-104-001	CO2 absorbent
Closed FluorCam	Photon Systems Instruments	FC 800-C	Fluorescence imager
FluoroCam FC 800-C	Photon Systems Instruments	Closed FluorCam FC 800-C/1010-S	Fluorescence imager
FluoroCam7	Photon Systems Instruments	Closed FluorCam FC 800-C/1010-S	Fluorescence image analysis software
Gelzan (plant agar)	Phytotech labs	71010-52-1	chemical used to solidify MS media as plates
glass flask 1 L	Fisherbrand	FB5011000	container for making and autoclaving MS media
growth chamber	caron	7317-50-2	growth chamber used to grow plants
Murashige & Skoog Basal Medium with Vitamins & 1.0 g/L MES (MS)	Phytotech labs	M5531	growth media for arabidopsis seedlings
potassium Hydroxide (KOH)	Phytotech labs	1310-58-3	make as 1 M solution for ph adjustment
spider lights	Mean Well Enterprises	XLG-100-H-AB	lights used in the light assay
Square Petri Dish with Grid, sterile	Simport Scientific	D21016	used to hold MS media for arabidopsis seedlings
surgical tape	3M	1530-1	tape used to seal plates
tween 20	biorad	9005-64-5	surfactant used to assist seed sterilization