Siamo grati a Matthew Robert Weatherhead eccellente per il servizio tecnico e John Ralph, University of Wisconsin per preziosi consigli, discussioni, e il campione di legno di pioppo. Questo lavoro è stato finanziato dalla Scienze Chimiche, Scienze geologiche e Bioscienze Divisione, Ufficio di Basic Sciences Energy, Office of Science, US Department of Energy (nessun premio. DE-FG02-91ER20021) e dal US Department of Energy (DOE) Grandi Laghi Bioenergy Research Center (DOE BER Office of Science DE-FC02-07ER64494).

1. Isolamento della parete cellulare <ol><li> macinare circa 60-70mg di aria o congelare materiale vegetale essiccato con 5,5 palle mm in acciaio inox in una provetta con tappo a vite 2ml Sarstedt utilizzando un retschmill (1 min, 25 Hz). In alternativa, l&#39;uso di un high-throughput di macinazione e dosaggio iWall robot chiamato è descritto nella parte I 3. </li><li> rimuovere le palle d&#39;acciaio prima di continuare con la procedura di isolamento della parete cellulare Il protocollo dettagliato della preparazione del materiale della parete cellulare è riportata nella parte I 3. Per completezza qui i passi scritti del protocollo. </li><li> aggiungere 1,5 ml di etanolo al 70% in acqua e vortice a fondo </li><li> centrifugare a 10.000 rpm per 10 minuti per far sedimentare il residuo insolubile alcool </li><li> Aspirare o decantare il surnatante </li><li> aggiungere 1,5 ml di cloroformio / metanolo (1:1 v / v) per il residuo del tubo e agitare bene per risospendere il pellet </li><li> centrifugare a 10.000 rpm per 10 minuti e decantare o aspirare il supernatante </li><li> risospendere pellet in 500 ul di acetone </li><li> evaporare il solvente con una corrente d&#39;aria a 35 ° C fino a secco Se necessario campioni essiccati possono essere conservati a temperatura ambiente fino al procedimento successivo. </li><li> Per avviare la rimozione di amido dal campione risospendere il pellet in 1,5 ml di 0,1 M pH 5,0 sodiumacetate buffer. </li><li> cap i tubi Sarstedt e calore per 20 min. a 80 ° C su una piastra riscaldante. </li><li> raffreddare la sospensione su ghiaccio </li><li> aggiungere le seguenti agenti al pellet: 35 ml di 0,01% Sodiumazide (NaN 3), 35 microlitri Amilasi (50 μg/1mL H 2 O, da specie Bacillus, SIGMA), 17 pullulanasi microlitri (18,7 unità da acidopullulyticus bacillo; SIGMA) . Chiudere la provetta e miscelare accuratamente. </li><li> La sospensione è incubata per una notte a 37 ° C nello shaker. Orientare i tubi in orizzontale aiutanti migliorato miscelazione. </li><li> sospensione di calore a 100 ° C per 10 minuti su una piastra riscaldante di interrompere la digestione. </li><li> centrifuga (10.000 rpm, 10 min) e scartare il surnatante contenente amido solubilizzate </li><li> lavare il residuo di pellet per tre volte con l&#39;aggiunta di 1,5 ml di acqua, vortex, centriguation e decantazione delle acque di lavaggio. </li><li> risospendere pellet in 500 ul di acetone </li><li> evaporare il solvente con una corrente d&#39;aria a 35 ° C fino a secco. Potrebbe essere necessario anche per rompere il materiale nel tubo con una spatola per una migliore essiccazione. Il materiale essiccato presenta parete isolata cella (legnocellulosa). Se necessario campioni essiccati possono essere conservati a temperatura ambiente fino al procedimento successivo. </li></ol> 2. Matrix polisaccaride composizione Questo metodo è essenzialmente una modifica del metodo pubblicato da Albersheim 1. <ol><li> Per determinare la composizione del materiale monosaccaride muro pesare 2 mg di materiale della parete cellulare in 2ml tubi starstedt a mano o in maniera highthroughput utilizzando il iWall, un robot robot smerigliatura e di pesatura. </li><li> Aggiungere 20 uL di una soluzione di inositolo (5mg/ml) come standard interno. Per un campione 2 parete cellulare mg si consiglia di aggiungere 100 ug. </li><li> lavare le pareti del tubo con 250 ul di acetone per raccogliere il materiale della parete cellulare nella parte inferiore del tubo, e far evaporare l&#39;acetone molto delicato sotto il flusso d&#39;aria. </li><li> Per l&#39;idrolisi acida debole aggiungere 250 ul di 2M acido trifluoroacetico (TFA) per ogni campione. Aggiungi TFA con attenzione per garantire l&#39;assenza di materiale è schizzato fino sulle pareti del tubo. </li><li> cappuccio e incubare per 90 minuti a 121 ° C su una piastra riscaldante. </li><li> raffreddare i blocchi di riscaldamento e campioni sul ghiaccio. </li><li> centrifugare le provette a 10.000 rpm per 10 min. </li><li> trasferire 100 ul del supernatante acido che contiene il polisaccaride derivato matrice monosaccaride ad una fiale di vetro con tappo a vite facendo attenzione a non disturbare il materiale pellet. Il pellet può essere usato per il test di cellulosa cristallina di seguito (vedi 3.) </li><li> evaporare il TFA nel tubo di vetro sotto leggera corrente d&#39;aria in un dispositivo di evaporazione. </li><li> aggiungere 300 ml 2-propanolo, vortice e far evaporare a 25 ° C (da ripetere per un totale di tre volte) </li><li> Il primo passo della procedura alditol derivatizzazione acetato è quello di eseguire una riduzione dei monosaccaridi ai loro alditols corrispondente. A tal fine aggiungere 200 ml di una soluzione di boroidruro di sodio per ogni campione essiccato. Preparare una soluzione fresca utilizzando ogni volta 10 mg di boroidruro di sodio per 1 ml di idrossido di ammonio 1M. </li><li> lasciare flacone di vetro a temperatura ambiente per 1,5 ore </li><li> neutralizzare la soluzione con l&#39;aggiunta di 150 ul di acido acetico glaciale </li><li> vortice ed evaporare a 25 ° C. </li><li> aggiungere 250 microlitri vortice Acido acetico / metanolo (1:9, v / v), e far evaporare a 25 ˚ C </li><li> aggiungere 250 microlitri metanolo, e far evaporare sotto il getto d&#39;aria (ripetere per un totale di tre volte) </li><li> Per l&#39;acetilazione della alditols, aggiungere 50 ml di anidride acetica e 50 ml di Pyridine, vortex e incubare per 20 minuti a 121 ° C su una piastra riscaldante. </li><li> campioni raffreddare nel blocco verso il basso con ghiaccio mentre aspettiamo diminuire temperatura a circa temperatura ambiente. </li><li> evaporare i reagenti sotto leggera corrente d&#39;aria a temperatura ambiente. Attenzione: acetati alditol sono altamente volatili. </li><li> aggiungere 200 microlitri Toluene e far evaporare in aria (x3) </li><li> Nelle fasi finali del acetati alditol vengono estratti. In primo luogo, aggiungere 500 ul di acetato di etile e agitare leggermente. </li><li> aggiungere 2 ml di acqua, tubi e cappuccio vortice. </li><li> centrifugare tubi a 2.000 giri per 5 minuti per ottenere chiari livelli separati (acetato di etile in alto, l&#39;acqua sul fondo) </li><li> pipetta 50 ul dello strato di acetato di etile in GC / MS fiale con inserti. </li><li> diluire aggiungendo 100 ul di acetone al GC-fiala e cappuccio. Il volume del campione ed i volumi di diluizione può essere regolata per evitare di sovraccaricare il GC / MS se la concentrazione del campione è troppo alto. La GC-flaconcino può essere conservato a 4 ° C, se il GC / MS non procedere immediatamente </li><li> I campioni vengono iniettati in un GC che è dotato di MS quadrupolo, ma un rivelatore a ionizzazione di fiamma è anche adatto. Un Supelco SP-2380 (30 mm x 0,25 x 0,25 millimetri film di micron di spessore) viene utilizzata colonna con un ritardo di 4 min solvente e una portata di 1.5ml/min. Iniettati campioni sono sottoposti al seguente programma di temperatura: tenere iniziale a 160 ° C per 2 min a 20 ° C / rampa min a 200 ° C e mantenere per 5 min a 20 ° C / rampa min a 245 ° C e mantenere 12 min, picco a 270 ° C e mantenere per 5 minuti prima di raffreddamento alla temperatura iniziale di 160 ° C 2.26) Cime sono identificati da profili di massa e / o tempi di ritenzione degli standard.. Monosaccaridi vengono quantificati sulla base di curve standard. </li></ol> 3. Cellulosa Contenuto cristallino Questo metodo è essenzialmente descritto da Updegraf 8. Ci sono un certo numero di materie prime per questa procedura: Isolato materiale della parete cellulare (vedi punto 1) o materiale muro che è già stato trattato con 2M TFA (vedi 2.8) o il restante pellet immediatamente dopo il trattamento con acido (vedi 2.8) o un TFA pellet, che è stato lavato con 2-propanolo e asciugato. <ol><li> Aggiungere al pellet TFA nel tubo di vetro con tappo a vite 1 ml di reagente Updegraff (Acido acetico: acido nitrico: acqua, 08:01:02 v / v). </li><li> Tubo tappo, vortice, e il calore su una piastra riscaldante a 100 ° C per 30 min. Come risultato di questo trattamento solo cellulosa cristallino rimane insolubile in pellet. </li><li> Campioni raffreddare nel blocco di ghiaccio a temperatura ambiente o fredda </li><li> campioni centrifugare a 10.000 rpm per 15 minuti </li><li> Gettare il surnatante garantire che il pellet non è disturbato e non materiale il pellet viene rimosso. A questo scopo lasciare ca. 150 ul di surnatante nel tubo. </li><li> aggiungere 1,5 ml di acqua, scuotere, centrifuga, il surnatante come fatto sopra </li><li> ripetere il lavaggio procedura 3 volte aggiuntivi utilizzando 1,5 ml di acetone </li><li> Aria secca pellet molto delicatamente con l&#39;aria, o lasciare asciugare sulla panchina durante la notte </li><li> il pellet (cellulosa cristallina) è ora completamente idrolizzato in glucosio da quello che viene chiamato un idrolisi Saeman. A tal fine aggiungere 175 microlitri di acido solforico 72% al tubo Sarstedt </li><li> incubare a temperatura ambiente per 30 minuti, vortex e incubare per altri 15 min </li><li> aggiungere 825 microlitri di acqua e vortice </li><li> centrifugare i campioni a 10.000 rpm per 5 min. Ci potrebbe essere qualche materiale marrone insolubile, lignina, rimanendo nel tubo. </li><li> Il contenuto di glucosio del supernatante viene analizzato utilizzando il test colorimetrico anthrone. Questo test viene eseguito in una piastra da 96 pozzetti microtiter di polistirene. </li><li> Per la curva standard di utilizzare un magazzino 1mg/ml glucosio (conservato a 0 ° C) e creare duplicati 0, 2, 4, 6, 8 e 10 ug standard pipettando 0, 2, 4, 6, 8, e 10 ul in separato ben appropriato. Riempire ogni pozzetto fino a 100 ul con l&#39;acqua. </li><li> aggiungere 10 ml di ciascun supernatante campione e 90 ml di acqua in celle separate, ma sulla stessa micropiastra come standard. </li><li> aggiungere 200 ml di reagente Anthrone preparati al momento (Anthrone sciolto in acido solforico concentrato, anthrone 2 mg / ml di acido solforico) </li><li> di calore a piastre per 30 minuti a 80 ° C in un forno (calore diffusore in alluminio). Campioni contenenti glucosio passa da giallo a verde-blu. </li><li> lasciare raffreddare la piastra a temperatura ambiente e agitare bene. </li><li> leggere l&#39;assorbimento della piastra a 625 mm, utilizzando un lettore di micropiastre. </li><li> Glucosio (e quindi contenuto di cellulosa cristallina) viene calcolato in base l&#39;assorbanza rispetto alla curva standard stabilito sulla stessa piastra. </li></ol> 4. Rappresentante Risultati Un esempio di analisi muro è presentato in figura 2. In questo caso fusto di pioppo (legno) è stato analizzato mediante le varie procedure descritte nella sezione protocollo. La matrice del Pocomposizione lysaccharide è evidenziato da un cromatogramma esempio identificare i presenti tipico zucchero nelle pareti cellulari delle piante, fucosio, ramnosio, xilosio, arabinosio, galattosio, mannosio e glucosio (e l&#39;inositolo standard interno). Il componente principale hemicellulosic di pioppo è xilano come dimostrato dal contenuto xilosio alto. Tuttavia, l&#39;abbondanza di questi zuccheri varia a seconda della materia prima used4. Il glucosio in questa analisi è derivata dalla xyloglucan emicellulosa e cellulosa amorfa. Grazie all&#39;analisi dei dati può essere presentato come mol% o ug / mg di materiale della parete (o il peso secco). Il contenuto di cellulosa cristallina è auto-esplicativo, ci si può aspettare tra i valori del 20-50% del peso a secco della parete. Sulla base dei risultati qui presentati e I3 in parte la composizione lignocellulosica di legno di pioppo è del 21% lignina, emicellulose 30%, e il 41% di cellulosa cristallina. Il resto sarebbe cenere. <img src="/files/ftp_upload/1837/1837fig1.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1:. Panoramica di analisi lignocellulosici pareti cellulari (legnocellulosa) sono isolati dal greggio materiale vegetale essiccato. Il materiale della parete viene poi pesata in aliquote e suddiviso per i vari metodi. Composizione polisaccaride matrice è stabilito dopo il trattamento il materiale muro con un acido debole (2M TFA), la derivatizzazione monosaccaridi risultante solubilizzato alla loro acetati alditol e analisi mediante GC-MS. Il residuo del trattamento con acido debole è lavato con la cosiddetta reagente Updegraff lasciando solo cellulosa insolubile crystlline dietro. La cellulosa è solubilizzato in acido solforico e quantificato mediante un saggio colorimetrico determinazione del contenuto di glucosio. In parallelo, il contenuto e la composizione della lignina può essere determinata come descritto nella parte I 3. <img src="/files/ftp_upload/1837/1837fig2.jpg" alt="Figura 2" /> Figura 2:. Completa analisi lignocellulosici di legno di pioppo Cippato di pioppo (Populus tremoloides) sono stati sottoposti al protocollo descritto. In alto a sinistra: composizione Matrix polisaccaride; Fuc fucosio; Rha ramnosio, arabinosio Ara; Xyl xilosio, l&#39;uomo il mannosio; Gal galattosio, glucosio Glc, inositolo standard interno.

<ol>
	<li>Albersheim, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+method+for+the+analysis+of+sugars+in+plant+cell+wall+polysaccharides+by+gas-liquid+chromatography.">A method for the analysis of sugars in plant cell wall polysaccharides by gas-liquid chromatography.</a> Carbohydr. Res. 5, 340-340 (1967).</li><li>Carroll, A., Somerville, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellulosic+Biofuels.">Cellulosic Biofuels.</a> Annu Rev Plant Biol. 60, 165-165 (2009).</li><li>Foster, C. E., Martin, T., Pauly, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comprehensive+compositional+analysis+of+Plant+Cell+Walls+(Lignocellulosic+biomass),+Part+I:+Lignin.">Comprehensive compositional analysis of Plant Cell Walls (Lignocellulosic biomass), Part I: Lignin.</a> Journal of Visualized Experiments. , (2010).</li><li>Pauly, M., Keegstra, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell-wall+carbohydrates+and+their+modification+as+a+resource+for+biofuels.">Cell-wall carbohydrates and their modification as a resource for biofuels.</a> Plant J. 54 (4), 559-559 (2008).</li><li>Somerville, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+a+systems+approach+to+understanding+plant-cell+walls.">Toward a systems approach to understanding plant-cell walls.</a> Science. 306 (5705), 2206-2206 (2004).</li><li>Teeri, T. T., Brumer, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Discovery,+characterisation+and+applications+of+enzymes+from+the+wood-forming+tissues+of+poplar:+Glycosyl+transferases+and+xyloglucan+endotransglycosylases.">Discovery, characterisation and applications of enzymes from the wood-forming tissues of poplar: Glycosyl transferases and xyloglucan endotransglycosylases.</a> Biocatalysis and Biotransformation. 21, 173-173 (2003).</li><li>UPDEGRAF, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SEMIMICRO+DETERMINATION+OF+CELLULOSE+IN+BIOLOGICAL+MATERIALS.">SEMIMICRO DETERMINATION OF CELLULOSE IN BIOLOGICAL MATERIALS.</a> Anal. Biochem. 32 (3), 420-420 (1969).</li></ol>

I metodi descritti permettono una rapida valutazione quantitativa della composizione della biomassa vegetale lignocellulosiche. Il metodo consente la determinazione della composizione di tali materiali tra cui la composizione di zucchero dei polisaccaridi matrice cioè la emicellulose, il contenuto di cellulosa cristallina. La velocità dei vari metodi analitici per persona varia. Utilizzando i protocolli descritti qui, 20 campioni possono essere trattati per le composizioni polisaccaride matrice e 30 per i contenuti di cellulosa cristallina. A causa della natura quantitativa della materia prima ottimale dei dati raccolti, varietà o genotipi può essere valutata in termini di idoneità per la produzione di biocarburanti.

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		<div>
		<table border="1">
		<thead>
		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>Trifluoroacetic acid</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Sigma-Aldrich</td>
<td>T6508</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>myo-Inositol</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Sigma-Aldrich</td>
<td>I5125</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Sodium Borohydride</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Sigma-Aldrich</td>
<td>213462</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Pyridine</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>J.T. Baker</td>
<td>3348-01</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Acetic Anhydride</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Sigma-Aldrich</td>
<td>320102</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Spectromax Plus 384</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Molecular Devices</td>
<td>Plus384</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>GC-MS</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Agilent</td>
<td>7890A GC/5975C MSD</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>5.5mm Stainless Steel Balls</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Salem Ball Company</td>
<td>(N/A)</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>96 well plate heat spreader</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Biocision</td>
<td>Coolsink 96F</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Retsch Mill</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Qiagen</td>
<td>TissueLyser II</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Heating block</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Techne</td>
<td>Dri-block DB-3D</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Sample concentrator</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Techne</td>
<td>FSC400D</td>
<td>&nbsp;</td>		</tbody>
		</table>
		</div>

comprehensive compositional analysis of plant cell walls (lignocellulosic biomass) part ii: carbohydrates

La necessità di fonti rinnovabili, carbon neutral, e sostenibile di materie prime per l&#39;industria e la società è diventata una delle questioni più pressanti per il 21 ° secolo. Questo ha riacceso interesse per l&#39;uso di prodotti vegetali come materie prime industriali per la produzione di combustibili liquidi per il trasporto<sup&gt; 2</sup&gt; E altri prodotti come materiali biocomposite<sup&gt; 6</sup&gt;. Biomassa vegetale rimane una delle più grandi riserve non sfruttate del pianeta<sup&gt; 4</sup&gt;. È principalmente costituito da pareti cellulari che sono composti da polimeri ricchi di energia compresa la cellulosa, emicellulosa vari, e la lignina polifenoli<sup&gt; 5</sup&gt; E quindi talvolta chiamate legnocellulosa. Tuttavia, le pareti delle cellule vegetali si sono evoluti per essere recalcitranti alla degradazione come muri contribuire in larga misura la forza e integrità strutturale dell&#39;intero impianto. Nonostante la sua rigidità necessaria, la parete cellulare è un&#39;entità altamente dinamico che è metabolicamente attiva e svolge un ruolo cruciale nella cella di numerose attività come la crescita delle piante e la differenziazione<sup&gt; 5</sup&gt;. Grazie alle varie funzioni di mura, vi è una immensa diversità strutturale tra le mura di specie vegetali diverse e tipi di cellule all&#39;interno di una singola pianta<sup&gt; 4</sup&gt;. Quindi, a seconda di ciò che le specie coltivate, la varietà delle colture, o tessuto vegetale viene utilizzato per una bioraffineria, le fasi di lavorazione per la depolimerizzazione da processi chimici / enzimatici e successiva fermentazione degli zuccheri vari biocarburanti liquidi devono essere adeguate e ottimizzati. Questo fatto rafforza l&#39;esigenza di una caratterizzazione approfondita delle materie prime da biomassa vegetale. Qui descriviamo una metodologia completa di analisi che consente la determinazione della composizione del legnocellulosa ed è suscettibile di un mezzo di high-throughput di analisi (Figura 1). Il metodo inizia con la preparazione di materiale destarched parete cellulare. Il legnocellulosa risultanti sono poi divisi per determinare la sua composizione monosaccaride della emicellulosa e la matrice di altri polysaccharides1, e il suo contenuto di cellulosa cristallina<sup&gt; 7</sup&gt;. Il protocollo per l&#39;analisi delle componenti lignina in biomassa lignocellulosica è discusso nella Parte I<sup&gt; 3</sup&gt;.

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Comprehensive Compositional Analysis of Plant Cell Walls Lignocellulosic biomass Part II: Carbohydrates

Biomassa vegetale è uno dei principali carbon-neutral risorsa rinnovabile che potrebbero essere utilizzati per la produzione di biocarburanti. Biomassa vegetale è costituita principalmente delle pareti delle cellule, un materiale composito chiamato strutturalmente complesso legnocellulosa. Qui si descrive un protocollo per un&#39;analisi completa del contenuto e la composizione di carboidrati muro derivate.

Completa l&#39;analisi della composizione delle pareti cellulari delle piante (biomassa lignocellulosica) Parte II: Carboidrati

The need for renewable, carbon neutral, and sustainable raw materials for industry and society has become one of the most pressing issues for the 21st ...

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Comprehensive Compositional Analysis of Plant Cell Walls (Lignocellulosic biomass) Part II: Carbohydrates

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Plant Cell Structure and Organization

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29.9K Views.  Michigan State University (MSU). Biomassa vegetale è uno dei principali carbon-neutral risorsa rinnovabile che potrebbero essere utilizzati per la produzione di biocarburanti. Biomassa vegetale è costituita principalmente delle pareti delle cellule, un materiale composito chiamato strutturalmente complesso legnocellulosa. Qui si descrive un protocollo per un'analisi completa del contenuto e la composizione di carboidrati muro derivate.

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Vaccinia Virus Infection &amp; Temporal Analysis of Virus Gene Expression: Part 1

The family Poxviridae consists of large double-stranded DNA containing viruses that replicate exclusively in the cytoplasm of infected cells. Members of the orthopox genus include variola, the causative agent of human small pox, monkeypox, and vaccinia (VAC), the prototypic member of the virus family. Within the relatively large (~ 200 kb) vaccinia genome, three classes of genes are encoded: early, intermediate, and late. While all three classes are transcribed by virally-encoded RNA polymerases, each class serves a different function in the life cycle of the virus. Poxviruses utilize multiple strategies for modulation of the host cellular environment during infection. In order to understand regulation of both host and virus gene expression, we have utilized genome-wide approaches to analyze transcript abundance from both virus and host cells. Here, we demonstrate time course infections of HeLa cells with Vaccinia virus and sampling RNA at several time points post-infection. Both host and viral total RNA is isolated and amplified for hybridization to microarrays for analysis of gene expression.

Protocol for Vaccinia infection of HeLa cells and analysis of host and viral gene expression. Part 1 of 3.

Vaccino infezione da virus e analisi temporale di espressione genica del virus: Parte 1

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Vaccinia Virus Infection &amp; Temporal Analysis of Virus Gene Expression: Part 3

Protocol for Vaccinia infection of HeLa cells and analysis of host and viral gene expression. Part 3 describes the process of fluorescently labeling the amplified RNA from both host and viral samples by amino allyl coupling of dyes. Part 3 of 3.

Vaccino infezione da virus e analisi temporale di espressione genica del virus: Parte 3

Human Pancreatic Islet Isolation: Part II: Purification and Culture of Human Islets

Management of Type 1 diabetes is burdensome, both to the individual and society, costing over 100 billion dollars annually. Despite the widespread use of glucose monitoring and new insulin formulations, many individuals still develop devastating secondary complications. Pancreatic islet transplantation can restore near normal glucose control in diabetic patients 1, without the risk of serious hypoglycemic episodes that are associated with intensive insulin therapy. Providing sufficient islet mass is important for successful islet transplantation. However, donor characteristics, organ procurement and preservation affect the isolation outcome 2. At University of Illinois at Chicago (UIC) we developed a successful isolation protocol with an improved purification gradient 3. The program started in January 2004 and more than 300 isolations were performed up to November 2008. The pancreata were sent in cold preservation solutions (UW, University of Wisconsin or HTK, Histidine-Tryptophan Ketoglutarate) 4-7 to the Cell Isolation Laboratory at UIC for islet isolation. Pancreatic islets were isolated using the UIC method, which is a modified version of the method originally described by Ricordi et al 8. As described in Part I: Digestion and Collection of Pancreatic Tissue, human pancreas was trimmed, cannulated, perfused, and digested. After collection and at least 30 minutes of incubation in UW solution, the tissue was loaded in the cell separator (COBE 2991, Cobe, Lakewood, CO) for purification 3. Following purification, islet yield (expressed as islet equivalents, IEQ), tissue volume, and purity was determined according to standard methods 9. Isolated islets were cultured in CMRL-1066 media (Mediatech, Herndon, VA), supplemented with 1.5% human albumin, 0.1% insulin-transferrin-selenium (ITS), 1 ml of Ciprofloxacin, 5 ml o f 1M HEPES, and 14.5 ml of 7.5% Sodium Bicarbonate in T175 flasks at 37&deg;C overnight culture before islets were transplanted or used for research.

Achieving high quality and appropriate quantity of human islets is one of the prominent prerequisites for successful islet transplantation. In this video, we describe step by step the procedures for human pancreatic islet isolation (part II: purification and culture of human islets) using a modified automated method.

Isolamento del pancreas umano Islet: Parte II: La purificazione e la cultura di isole umane

Management of Type 1 diabetes is burdensome, both to the individual and society, costing over 100 billion dollars annually. Despite the widespread use of ...

Fluorescence Activated Cell Sorting of Plant Protoplasts

High-resolution, cell type-specific analysis of gene expression greatly enhances understanding of developmental regulation and responses to environmental stimuli in any multicellular organism. In situ hybridization and reporter gene visualization can to a limited extent be used to this end but for high resolution quantitative RT-PCR or high-throughput transcriptome-wide analysis the isolation of RNA from particular cell types is requisite. Cellular dissociation of tissue expressing a fluorescent protein marker in a specific cell type and subsequent Fluorescence Activated Cell Sorting (FACS) makes it possible to collect sufficient amounts of material for RNA extraction, cDNA synthesis/amplification and microarray analysis.
An extensive set of cell type-specific fluorescent reporter lines is available to the plant research community. In this case, two marker lines of the Arabidopsis thaliana root are used: PSCR::GFP (endodermis and quiescent center) and PWOX5::GFP (quiescent center). Large numbers (thousands) of seedlings are grown hydroponically or on agar plates and harvested to obtain enough root material for further analysis. Cellular dissociation of plant material is achieved by enzymatic digestion of the cell wall. This procedure makes use of high osmolarity-induced plasmolysis and commercially available cellulases, pectinases and hemicellulases to release protoplasts into solution.
FACS of GFP-positive cells makes use of the visualization of the green versus the red emission spectra of protoplasts excited by a 488 nm laser. GFP-positive protoplasts can be distinguished by their increased ratio of green to red emission. Protoplasts are typically sorted directly into RNA extraction buffer and stored for further processing at a later time.
This technique is revealed to be straightforward and practicable. Furthermore, it is shown that it can be used without difficulty to isolate sufficient numbers of cells for transcriptome analysis, even for very scarce cell types (e.g. quiescent center cells). Lastly, a growth setup for Arabidopsis seedlings is demonstrated that enables uncomplicated treatment of the plants prior to cell sorting (e.g. for the cell type-specific analysis of biotic or abiotic stress responses). Potential supplementary uses for FACS of plant protoplasts are discussed.

A method for isolating specific cell types from plant material is demonstrated. This technique employs transgenic marker lines expressing fluorescent proteins in particular cell types, cellular dissociation and Fluorescence Activated Cell Sorting. Additionally, a growth setup is established here that facilitates treatment of Arabidopsis thaliana seedlings prior to cell sorting.

Fluorescenza separazione delle cellule attivate delle protoplasti impianto

High-resolution, cell type-specific analysis of gene expression greatly enhances understanding of developmental regulation and responses to environmental ...

Comprehensive Compositional Analysis of Plant Cell Walls (Lignocellulosic biomass) Part I: Lignin

The need for renewable, carbon neutral, and sustainable raw materials for industry and society has become one of the most pressing issues for the 21st century. This has rekindled interest in the use of plant products as industrial raw materials for the production of liquid fuels for transportation1 and other products such as biocomposite materials7. Plant biomass remains one of the greatest untapped reserves on the planet4. It is mostly comprised of cell walls that are composed of energy rich polymers including cellulose, various hemicelluloses (matrix polysaccharides, and the polyphenol lignin6 and thus sometimes termed lignocellulosics. However, plant cell walls have evolved to be recalcitrant to degradation as walls provide tensile strength to cells and the entire plants, ward off pathogens, and allow water to be transported throughout the plant; in the case of trees up to more the 100 m above ground level. Due to the various functions of walls, there is an immense structural diversity within the walls of different plant species and cell types within a single plant4. Hence, depending of what crop species, crop variety, or plant tissue is used for a biorefinery, the processing steps for depolymerization by chemical/enzymatic processes and subsequent fermentation of the various sugars to liquid biofuels need to be adjusted and optimized. This fact underpins the need for a thorough characterization of plant biomass feedstocks. Here we describe a comprehensive analytical methodology that enables the determination of the composition of lignocellulosics and is amenable to a medium to high-throughput analysis. In this first part we focus on the analysis of the polyphenol lignin (Figure 1). The method starts of with preparing destarched cell wall material. The resulting lignocellulosics are then split up to determine its lignin content by acetylbromide solubilization3, and its lignin composition in terms of its syringyl, guaiacyl- and p-hydroxyphenyl units5. The protocol for analyzing the carbohydrates in lignocellulosic biomass including cellulose content and matrix polysaccharide composition is discussed in Part II2.

Comprehensive Compositional Analysis of Plant Cell Walls Lignocellulosic biomass Part I: Lignin

Plant biomass is a major carbon-neutral renewable resource that could be used for the production of biofuels. Plant biomass consists mainly of cell walls, a structurally complex composite material termed lignocellulosics. Here we describe a protocol for a comprehensive analysis of the content and composition of the polyphenolic lignin.

Completa l&#39;analisi della composizione delle pareti cellulari delle piante (biomassa lignocellulosica) Parte I: lignina

Label-free in situ Imaging of Lignification in Plant Cell Walls

Meeting growing energy demands safely and efficiently is a pressing global challenge. Therefore, research into biofuels production that seeks to find cost-effective and sustainable solutions has become a topical and critical task. Lignocellulosic biomass is poised to become the primary source of biomass for the conversion to liquid biofuels1-6. However, the recalcitrance of these plant cell wall materials to cost-effective and efficient degradation presents a major impediment for their use in the production of biofuels and chemicals4. In particular, lignin, a complex and irregular poly-phenylpropanoid heteropolymer, becomes problematic to the postharvest deconstruction of lignocellulosic biomass. For example in biomass conversion for biofuels, it inhibits saccharification in processes aimed at producing simple sugars for fermentation7. The effective use of plant biomass for industrial purposes is in fact largely dependent on the extent to which the plant cell wall is lignified. The removal of lignin is a costly and limiting factor8 and lignin has therefore become a key plant breeding and genetic engineering target in order to improve cell wall conversion.
Analytical tools that permit the accurate rapid characterization of lignification of plant cell walls become increasingly important for evaluating a large number of breeding populations. Extractive procedures for the isolation of native components such as lignin are inevitably destructive, bringing about significant chemical and structural modifications9-11. Analytical chemical in situ methods are thus invaluable tools for the compositional and structural characterization of lignocellulosic materials. Raman microscopy is a technique that relies on inelastic or Raman scattering of monochromatic light, like that from a laser, where the shift in energy of the laser photons is related to molecular vibrations and presents an intrinsic label-free molecular "fingerprint" of the sample. Raman microscopy can afford non-destructive and comparatively inexpensive measurements with minimal sample preparation, giving insights into chemical composition and molecular structure in a close to native state. Chemical imaging by confocal Raman microscopy has been previously used for the visualization of the spatial distribution of cellulose and lignin in wood cell walls12-14. Based on these earlier results, we have recently adopted this method to compare lignification in wild type and lignin-deficient transgenic Populus trichocarpa (black cottonwood) stem wood15. Analyzing the lignin Raman bands16,17 in the spectral region between 1,600 and 1,700 cm-1, lignin signal intensity and localization were mapped in situ. Our approach visualized differences in lignin content, localization, and chemical composition. Most recently, we demonstrated Raman imaging of cell wall polymers in Arabidopsis thaliana with lateral resolution that is sub-&mu;m18. Here, this method is presented affording visualization of lignin in plant cell walls and comparison of lignification in different tissues, samples or species without staining or labeling of the tissues.

Label-free in situ Imaging of Lignification in Plant Cell Walls

A method based on confocal Raman microscopy is presented that affords label-free visualization of lignin in plant cell walls and comparison of lignification in different tissues, samples or species.

Senza etichetta In situ</emImaging> di lignificazione in pareti delle cellule vegetali

Meeting growing energy demands safely and efficiently is a pressing global challenge. Therefore, research into biofuels production that seeks to find ...

Glycan Profiling of Plant Cell Wall Polymers using Microarrays

Plant cell walls are complex matrixes of heterogeneous glycans which play an important role in the physiology and development of plants and provide the raw materials for human societies (e.g. wood, paper, textile and biofuel industries)1,2. However, understanding the biosynthesis and function of these components remains challenging.
Cell wall glycans are chemically and conformationally diverse due to the complexity of their building blocks, the glycosyl residues. These form linkages at multiple positions and differ in ring structure, isomeric or anomeric configuration, and in addition, are substituted with an array of non-sugar residues. Glycan composition varies in different cell and/or tissue types or even sub-domains of a single cell wall3. Furthermore, their composition is also modified during development1, or in response to environmental cues4.
In excess of 2,000 genes have Plant cell walls are complex matrixes of heterogeneous glycans been predicted to be involved in cell wall glycan biosynthesis and modification in Arabidopsis5. However, relatively few of the biosynthetic genes have been functionally characterized 4,5. Reverse genetics approaches are difficult because the genes are often differentially expressed, often at low levels, between cell types6. Also, mutant studies are often hindered by gene redundancy or compensatory mechanisms to ensure appropriate cell wall function is maintained7. Thus novel approaches are needed to rapidly characterise the diverse range of glycan structures and to facilitate functional genomics approaches to understanding cell wall biosynthesis and modification.
Monoclonal antibodies (mAbs)8,9 have emerged as an important tool for determining glycan structure and distribution in plants. These recognise distinct epitopes present within major classes of plant cell wall glycans, including pectins, xyloglucans, xylans, mannans, glucans and arabinogalactans. Recently their use has been extended to large-scale screening experiments to determine the relative abundance of glycans in a broad range of plant and tissue types simultaneously9,10,11.
Here we present a microarray-based glycan screening method called Comprehensive Microarray Polymer Profiling (CoMPP) (Figures 1 &amp; 2)10,11 that enables multiple samples (100 sec) to be screened using a miniaturised microarray platform with reduced reagent and sample volumes. The spot signals on the microarray can be formally quantified to give semi-quantitative data about glycan epitope occurrence. This approach is well suited to tracking glycan changes in complex biological systems12 and providing a global overview of cell wall composition particularly when prior knowledge of this is unavailable.

A technique called Comprehensive Microarray Polymer Profiling (CoMPP) for the characterisation of plant cell wall glycans is described. This method combines the specificity of monoclonal antibodies directed to defined glycan-epitopes with a miniature microarray analytical platform allowing screening of glycan occurrence in a broad range of biological contexts.

Profiling Glycan dei polimeri cellula vegetale da parete usando i microarrays

Plant cell walls are complex matrixes of heterogeneous glycans which play an important role in the physiology and development of plants and provide the ...

Metabolic Labeling and Membrane Fractionation for Comparative Proteomic Analysis of Arabidopsis thaliana Suspension Cell Cultures

Plasma membrane microdomains are features based on the physical properties of the lipid and sterol environment and have particular roles in signaling processes. Extracting sterol-enriched membrane microdomains from plant cells for proteomic analysis is a difficult task mainly due to multiple preparation steps and sources for contaminations from other cellular compartments. The plasma membrane constitutes only about 5-20% of all the membranes in a plant cell, and therefore isolation of highly purified plasma membrane fraction is challenging. A frequently used method involves aqueous two-phase partitioning in polyethylene glycol and dextran, which yields plasma membrane vesicles with a purity of 95% 1. Sterol-rich membrane microdomains within the plasma membrane are insoluble upon treatment with cold nonionic detergents at alkaline pH. This detergent-resistant membrane fraction can be separated from the bulk plasma membrane by ultracentrifugation in a sucrose gradient 2. Subsequently, proteins can be extracted from the low density band of the sucrose gradient by methanol/chloroform precipitation. Extracted protein will then be trypsin digested, desalted and finally analyzed by LC-MS/MS. Our extraction protocol for sterol-rich microdomains is optimized for the preparation of clean detergent-resistant membrane fractions from Arabidopsis thaliana cell cultures.
We use full metabolic labeling of Arabidopsis thaliana suspension cell cultures with K15NO3 as the only nitrogen source for quantitative comparative proteomic studies following biological treatment of interest 3. By mixing equal ratios of labeled and unlabeled cell cultures for joint protein extraction the influence of preparation steps on final quantitative result is kept at a minimum. Also loss of material during extraction will affect both control and treatment samples in the same way, and therefore the ratio of light and heave peptide will remain constant. In the proposed method either labeled or unlabeled cell culture undergoes a biological treatment, while the other serves as control 4.

Metabolic Labeling and Membrane Fractionation for Comparative Proteomic Analysis of Arabidopsis thaliana Suspension Cell Cultures

Here we describe a robust method for the fractionation of plant plasma membranes into detergent resistant and detergent soluble membranes based on a mixture of unlabeled and in vivo fully 15N labeled Arabidopsis thaliana cell cultures. The procedure is applied for comparative proteomic studies to understand signaling processes.

Metabolic Etichettatura e con membrana frazionamento per proteomica comparativa Analisi del<em&gt; Arabidopsis thaliana</em&gt; Culture sospensione cellulare

Plasma membrane microdomains are features based on the physical properties of the lipid and sterol environment and have particular roles in signaling ...

An Efficient Method for Quantitative, Single-cell Analysis of Chromatin Modification and Nuclear Architecture in Whole-mount Ovules in Arabidopsis

In flowering plants, the somatic-to-reproductive cell fate transition is marked by the specification of spore mother cells (SMCs) in floral organs of the adult plant. The female SMC (megaspore mother cell, MMC) differentiates in the ovule primordium and undergoes meiosis. The selected haploid megaspore then undergoes mitosis to form the multicellular female gametophyte, which will give rise to the gametes, the egg cell and central cell, together with accessory cells. The limited accessibility of the MMC, meiocyte and female gametophyte inside the ovule is technically challenging for cytological and cytogenetic analyses at single cell level. Particularly, direct or indirect immunodetection of cellular or nuclear epitopes is impaired by poor penetration of the reagents inside the plant cell and single-cell imaging is demised by the lack of optical clarity in whole-mount tissues.
Thus, we developed an efficient method to analyze the nuclear organization and chromatin modification at high resolution of single cell in whole-mount embedded Arabidopsis ovules. It is based on dissection and embedding of fixed ovules in a thin layer of acrylamide gel on a microscopic slide. The embedded ovules are subjected to chemical and enzymatic treatments aiming at improving tissue clarity and permeability to the immunostaining reagents. Those treatments preserve cellular and chromatin organization, DNA and protein epitopes. The samples can be used for different downstream cytological analyses, including chromatin immunostaining, fluorescence in situ hybridization (FISH), and DNA staining for heterochromatin analysis. Confocal laser scanning microscopy (CLSM) imaging, with high resolution, followed by 3D reconstruction allows for quantitative measurements at single-cell resolution.

An Efficient Method for Quantitative, Single-cell Analysis of Chromatin Modification and Nuclear Architecture in Whole-mount Ovules in Arabidopsis

We provide here an efficient and reliable protocol for immunostaining, Fluorescence in&#160;situ Hybridization, DNA staining followed by quantitative, high-resolution imaging in whole-mount Arabidopsis thaliana ovules. This method was successfully used to analyze chromatin modifications and nuclear architecture.

Un metodo efficiente per quantitativa, analisi singola cella della cromatina Cambiamento e architettura nucleare in tutto il montaggio Ovuli in<em&gt; Arabidopsis</em

In flowering plants, the somatic-to-reproductive cell fate transition is marked by the specification of spore mother cells (SMCs) in floral organs of the ...