We thank Wendy Zhang, Austin Tom, Jacquie Janney, Erin Lemley, and Brittany Janney for assistance with plant growth and extractions, Dr. Anatoli Lygin for assistance with chromatographic analyses, and Syngenta Crop Protection for funding.

1. 식물 재료, 성장 조건, 그리고 식물 복제 참고 : 세 waterhemp 집단이 연구 조사 하였다 : MCR (아담스 카운티, 일리노이에서), ACR, 및 WCS (맥린 카운티, 일리노이에서) (표 1) (웨인 카운티, 일리노이에서). <ol><li> 수집하여 0.1 g L-1 한천 waterhemp 씨앗 일시 : 발아를 강화하기 위해 적어도 30 일 동안 4 ℃에서 용액을 물. 참고 : 일부 waterhemp 인구가 휴면 있지만,이 단계는 휴면을 극복하고 종자가보다 균일하게 발아 할 수 있도록 도와줍니다. </li><li> 온실에서 화분 매체를 포함하는 12 X 12cm 트레이에 (표 1에서와 같이) 각 waterhemp 인구의 씨앗을 발아. <ol><li> 16/8 시간의 광주 (12) 내에 22분의 28 ° C를 주 / 야간 온도에서 온실 조건을 유지한다. </li><li> 500 μmol m의 최소값을 제공하는 할로겐화 수은 램프로부터의 빛을 온실에서 자연광을 보충 -2 </SUP&gt; 공장 캐노피 수준에서 초 -1 광자 플럭스. </li></ol></li><li> 그들은 80cm 온실에서 3 냄비에 2cm 키가 큰 경우 이식 모종을 등장. </li><li> 1 : 1 : 포팅 믹스의 1 : 1 혼합물 토양 : 이탄 : 모래 모종 4cm 키가 950cm 3를 포함하는 3 냄비에 이식 모종. 각각의 냄비에 서방 비료 과립 5g을 추가하고이 토양 혼합물로 섞는다. </li><li> 혀끝의 지배력을 제거하기 위해 잘라 7cm 키가 큰 식물에서 세 어린 잎을 포함하는 촬영을 혀끝의 분열 조직을 제거합니다. 참고 :이 단계는 각 공장은 복제 할 수있는 충분한 3cm의 겨드랑이 촬영을 증가 할 것을 보장한다. </li><li> 모종 (표 1에서와 같이) 각 waterhemp 인구에서 높이 약 14cm가 소비세 다섯 겨드랑이 촬영 (길이 3cm). 추가 처리시 수분 손실을 줄이기 위해 이러한 겨드랑이 촬영에 잎의 대부분을 제거 할 수 있지만 이식에 추가 성장을 할 수 있도록 두 어린 잎을 유지합니다. <br/&gt; 참고 : 신중하게 처리하고 잎을 제거 할 때 촬영이 손상되지 않도록하려고합니다. 지분 각 공장 레이블. </li><li> 이식 겨드랑이는 발아에 사용 된 것과 같은 매체 포팅 매체에 80cm 3 냄비 (냄비 당 하나의 경종)로 촬영합니다. 포팅 매체는 초기에 포화 성장 챔버에 뿌리를 형성 할 때까지, 다음 뿌리를 설정하기 위해 7 일간 성장 챔버에서 일정한 수분과 장소 냄비를 유지해야한다. 참고 : 식물이 시점에서 매우 민감하고 스트레스를해서는 안된다. <ol><li> 16/8 시간의 광주 (12) 내에 22분의 28 ° C를 주 / 야간 온도에서 성장 챔버 조건을 유지한다. </li><li> 백열등과 형광등의 조합이 성장 챔버에서 광을 제공하는데 사용될 수 있고, 적어도 550 μmol m -2의 식물 캐노피 수준에서 12 초 -1 광자 플럭스를 제공한다. </li></ol></li><li> 950cm 3 냄비에 다시 이식 (포트 당 하나의 경종) C1 : 1 : 포팅 믹스의 1 : 1 혼합물 토양 : 이탄 : 3 ontaining 복제 식물이 4cm 높이있을 때 모래를 다시 온실로 전송, (도 5g 서방 비료 과립을 포함한다). </li><li> 상술 한 바와 같은 방법을 사용하여 식물을 한 번 복제 (즉, 반복 단계는 1.5 내지 1.8, 및 2.1 단계로 진행). 전형적인 시간 코스 연구를 위해, 각 waterhemp 인구에서 최소 6 독립적 인 식물에서 클론을 생성하고 라인 MCR 1-6, ACR 1-6과 WCS 1-6로 기록한다. <ol><li> 실험을 반복하고 적절하게 각 waterhemp 인구 내에서 유전 적 다양성을 표현하기 위해 적어도 6 별개 &quot;부모&quot;클론 라인을 설정합니다. </li><li> 분석 얼마나 많은 시간이 지점에 따라, 시간 코스 연구를 수행하기 위해 각 &quot;부모&quot;클론 라인에서 충분히 서브 클론을 생성합니다. </li></ol></li></ol> 2. 절제 Waterhem과 대사 연구를 실시P 잎 <ol><li> 복제 waterhemp 식물 제초제 대사와 DT (50) 분석을위한 높이 10~12cm이 때 세 번째로 어린 잎 (첨부 잎자루 0.5 CM을 포함 길이 2-3cm)을 절제. </li><li> 각 waterhemp 공장에서 잘라 잎은 잎자루 두 번째 물 속에서 (잎자루의 0.3 cm가 될 수 있도록 보장),이 컷은 1.5 ml의 플라스틱 병 (유리 병 당 하나의 잎) (15)에 종료 놓습니다. 참고 : 물에서 두 번째로 절단 형성과 목부 혈관을 연결에서 공기 방울을 방지 할 수 있습니다. <ol><li> 첫째, 부분적으로 1 시간 동안 0.1 M 트리스 - 염산 (PH 6)의 사전 배양 버퍼 (200 μL)에서 컷 잎자루와 잎 적출 몰입. </li><li> 둘째, 새로운 1.5 ml의 유리 병 0.1 M 트리스 - 염산 (PH 6) 플러스 150 μM [URL- (14) C] 제초제 (200 μL) 배양 버퍼를 포함하는 각 잎을 이동하고, 1 시간 동안 28 ℃에서 배양 잎에 제초제 흡수 할 수 있습니다. 참고 : 모두 14 C-메소 트리 온 및 <s최대&gt; (14) C-primisulfuron 메틸 약 20의 MCI 밀리몰의 특정 활동에서 우리의 연구에 사용되었다 -1. 목부 증산 스트림을 통해 두 확산 및 흡수는 잎 당 흡수 제초제의 양에 기여한다. 주 : 제초제 대사 대사 억제제의 효과는 단계 2.2.1 및 2.2.2 상기 수정에 의해 결정될 수있다. 사전 배양 버퍼에 억제제의 100 μM을 추가 한 다음 제초제와 배양 버퍼로 전송하고 다시 100 μm의 억제제를 추가, 2 시간 동안 품어 보자. 예를 들어, 말라 티온 및 tetcyclacis 식물 15-17 특정 시토크롬 P450 활동을 억제한다. </li><li> 탈 이온수로 절제 잎의 침지 부분을 세척하고 분기 강도 무라 시게과 스쿡 (MS) 염 용액 (500 μL)는 각각 0 시간, 5 시간, 11 시간, 23 시간, 35 시간, 용에 절제 잎을 전송, 시간 코스 대사 연구를위한 성장 챔버. </li></ol></li><li> 휴가를 제거하여 수확수동 배양 적절한 시점에서의 용액은 폴리 프로필렌 튜브 (15 mL) 및 유리 유봉을 사용하여 액체 질소의 각 잎 조직을 분쇄. </li><li> 방사성 표지 제초제와 위와 같은 폴리 프로필렌 튜브 실험실 조직 균질 90 % 아세톤의 7 ml의 각 잎에서의 대사 산물의 압축을 풉니 다. 90 % 아세톤의 추가 7 ml의 조직 균질 린스, 그리고 조직이 철저하게 (보통 2 분) 분쇄 될 때까지 균질화를 계속합니다. 참고 : 90 % 아세톤 식물 조직에서 가장 제초제의 추출에 사용될 수있다. 이 방법은 흡수 된 방사성 표지 화합물의 90 % 이상을 추출 할 수없는 경우에는, 90 % 메탄올, 90 % 아세토 니트릴을 추출 용매로 치환 될 수있다. </li><li> 추가 추출이 발생하는 레이블 90 % 아세톤 추출물 (14 ml의 총)과 상점은 -4 16 시간 동안 C를 허용하는 °. 참고 : 처리 된 잎의 추출 후, 추출 방사선의 양을ioactivity는 처리 잎에 흡수 방사성 표지 화합물의 적어도 98 %가 일반적이다. 절제 잎에 비 추출 방사능 (결합 잔류 물은) 우리의 이전 연구 (12)의 모든 시점에서 0.3 %로 평균,하지만이 금액은 조사 된 사용 제초제와 시점에 따라 달라질 수 있습니다. </li><li> 0.5 ㎖의 최종 부피까지 원심 분리를 10 분 동안 5,000 XG에 샘플 및 로타리 증발기로 40 ℃에서 농축 상청액이 얻어진다. 2.0 ml의 플라스틱 튜브에이 볼륨을 전송합니다. </li><li> 식물의 최종 부피는 1.25 ml의 추출 조정하고 다시 원심 분리기를 10,000 XG에 10 분 동안 모든 입자를 제거하기 위해 (볼륨 1, 1) 물 : 아세토 니트릴을 추가합니다. </li><li> (DPM μL -1) 액체 섬광 분광 (LSS) (12)에 의해 각각의 샘플에서 가져온 나누어 총 방사능을 측정하고 양을 정상화 (예를 들어, HPLC 분석을 위해 주입 화합물, 10,00 [14 C 표지]결과를 그래프 0 총 DPM / 샘플 / 실행) 그래서 Y 축 샘플에서 통일 될 것입니다. </li></ol> 절제된 잎에서 제초제 대사 3. HPLC 분석 주 : 다음 RP-HPLC 조건 (12)를 사용하여 부모 제초제 제초제 대사로 총 추출 방사능를 해결합니다. <ol><li> 1ml의 분의 유속으로 18 C 컬럼 (4.6 × 250mm, HPLC 분석 용 5 ㎛의 입자 크기)와 RP-HPLC를 수행 -1 가장 비극성 대한 제초제. 주 : 4 C 또는 C 12 RP-HPLC 컬럼은 또한 대사에서 상위 제초제의 분리를 최적화하기 위해 사용될 수있다. 미리 열 필터 및 / 또는 보호 컬럼은 보호 RP 컬럼의 수명을 연장하는 데 사용될 수있다. <ol><li> 리제, 물에 0.1 % 포름산 (V / V)와 리제 B 100 % HPLC 급 아세토 니트릴 : RP-HPLC에 대해 다음 이동상을 사용합니다. 주 : HPLC 등급 메탄올 또한 엘로서 사용될 수있다uent의 극성 화합물 및 대사 문제를 해결하기 위해 B,하지만 체류 시간도 변경 될 수 있음에 유의하십시오. 참고 : 우리의 연구 (12)에서의 극성 대사에서 메소 또는 primisulfuron 메틸를 해결하는 데 사용되는 용출 프로파일은 다음과 같습니다 1 단계 : B (4 : 1, v / v)로 : B (3 : 2, V / V ) 선형 구배 (12 분) B :에 : (2, V / V 3) : 2 단계, B (3 : 7, v / v)의 선형 구배 (5 분) 3 단계 : B :에 : (7, V / V 3) B : 2 분 선형 그라데이션 (1 9, v / v)로 (19 분의 총을 포함). 주 : 그래디언트 및 등용 매 단계 분해능을 최적화하기 위해 모재의 물성에 기초하여 조절 될 필요가있을 수있다. </li><li> B (4 : 1, v / v)의 선형 구배 (3 분) : 행 (9, V / V 1) B :와, 상기 선형 그라데이션 단계에 따라 B를 (4 : 1, V / v)의 최소 2 분 동안 등용 매 단계 () 다음 추출물 (12)를 주입하기 전에 RP 열을 다시 평형을합니다. </li></ol></li><li> 검색 및 흐름 Scinti과 방사성 동위 원소 표지 화합물을 시각화llation 분석기. 각 샘플의 총 방사능 량의 백분율로 각 샘플에 남아있는 상위 제초제의 양을 녹음 (검출하고 제조자의 지시에 따라 상기 흐름 섬광 분석기로 정량) 시간 중에 각 waterhemp 인구 제초제 대사의 속도를 결정한다. </li></ol> 4. 통계 절차 <ol><li> 완전히 무작위 디자인 (또는 통계 분석을위한 다른 적절한 배열)에서 치료를 정렬합니다. </li><li> 각 실험에 대한 세 가지 생물학적 복제로 구성된 각각의 처리, 두 개의 독립적 인 실험을 수행합니다. 두 개의 독립적 인 실험은 총 여섯 생물 복제를 포함한다. 실험 효과 (α가 = 0.05)가 아닌 심각한 경우, 각각의 독립적 인 실험으로부터의 데이터를 결합 분석. 실험 효과가 중요한 경우, 개별적으로 각 실험 분석. 참고 : 처음 세 생물학적 복제를 포함 전n은 1을 실험과 실험 2에서 향후 3 생물 복제는 각 생물 복제는 (MCR 1-6, ACR 1-6, 및 WCS 1-6) 각 집단에서 파생 된 클론 라인 있도록 별개의 &quot;부모&quot;를 나타내는 각각의 시간 - 물론 분석은 유전자 동일한 식물을 사용합니다. 두 개의 독립적 인 실험은 각 waterhemp 인구에 대한 중간 DT (50)의 유전 적 다양성과 결정의 적절한 표현을 가능하게 총 여섯 생물 복제를 포함한다. </li><li> 비선형 최소 자승 회귀 분석으로 데이터를 분석하고 DT 50 (S)를 추정하기 위해 단순 일차 곡선들을 장착한다. 아래의 방정식 모델을 설명합니다 : <img alt="식 (1)" src="/files/ftp_upload/53236/53236eq1.jpg" /></li><li> 여기서,이 모델 (Y)으로 시간 t에서 나머지 상위 제초제의 비율을 나타내고, μ 나 각 DT 50waterhemp 인구 내가하고 매개 변수 C 0 T = 0 (12)의 부모 제초제 현재의 추정 금액입니다. </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

여기에 설명 된 절제 잎 방법은 옥수수가 15 나뭇잎에 primisulfuron 대사 연구에서 이전에 사용되었지만, 우리의 결과는이 프로토콜은 또한 쌍자엽 잡초 종 12 제초제 신진 대사를 측정하기위한 효과적인 정확하고 재현성이 있음을 입증. 전체 식물 연구에 비해 적출 잎 기술의 가장 큰 장점은 적출 잎은 전체 식물 전위의 출현 후 패턴, 전신 제초제 또는 식물 또는 인구 중 제초제 흡수...

잡초의 제초제 저항은 식품 및 섬유 1, 2의 글로벌 생산에 심각한 위협을 선물한다. 현재 백 이상 잡초 종에 강한 집단과 생물 형의 수천 전 세계적으로 문서화하고 3 연구되고있다. 식물에 제초제 저항성을 부여하는 주요 메커니즘은 제초제 - 단백질 결합 반응 속도 또는 대상 사이트 유전자 2의 증폭에 영향을 미치는 유전 적 변이를 포함하는 제초제 대상 사이트 유전자와 단백질의 변경입니다. 시토크롬 P450 모노 옥 시게나 제 (P450) 또는 글루타치온 S의 -transferase (GST) 효소의 높은 활동을 통해 대사 해독 대상 현장 기반 메커니즘 2에서 여러 가지 방법으로 구분된다 잡초의 제초제 저항성을 부여하는 또 다른 메커니즘입니다. 대사 기반의 저항 (피트니스 처벌 일명) 공장 피트니스 비용은 제초제 저항 메커니즘 정보 발생할 수 있는지 여부에 대한 상당한 파급 효과를 가지고m뿐만 아니라 잡초 개체군 1,2,4에서 교차 또는 다중 제초제 내성을 부여하는 단일 해독 메커니즘 전위에. 일반적으로 식물에 제초제 대사는 세 가지 단계 5로 나눌 수 있습니다. 증가 극성 부분 제초제 해독 5,6로 이어지는, 또는 O- 탈 알킬화 반응 - 단계 I는 방향족 고리 또는 알킬 그룹의 P450 매개 수산화, 또는 N으로 같은 제초제 변환 또는 활성화를 포함한다. 새로 나는 GSTs 감소 글루타티온에 결합에 대한 링크 사이트를 제공 할 수 있습니다 또는 단계 II 5,7에서 UDP에 의존하는 글리코에 의해 포도당 단계에 관능기를 도입했다. 예를 들어, 옥수수의 primisulfuron 메틸의 주요한 초기 대사 산물은 또한 하이드 록시 primisulfuron 글루코 내지 (단계 II)를 대사 후 장기간 저장 또는 상기 대사위한 액포로 이송 될 수 히드 록시 primisulfuron 메틸 8 인 찬성cessing 5,6 (단계 III). Waterhemp (Amaranthus의 tuberculatus)는 미국의 옥수수 생산 (ZEA이 메이), 콩 (글리신 최대), 면화을 (고십 피움 히르 수툼) 방해하기 어려운 제어, 쌍자엽 연간 잡초 종입니다. waterhemp의 유전 적 다양성의 높은 수준은 자웅 이주의 생물학 및 장거리 바람 수분에 의해 촉진되고, 하나의 여성 waterhemp 공장 만 씨앗 9 개까지 생성 할 수 있습니다. 이 씨는 자연스럽게 효과적인 분산 메커니즘 waterhemp을 부여하는, 작고 쉽게 확산됩니다. Waterhemp는 성장시기 (9)에 걸쳐 연속 발아를 표시하고, 그 씨앗은 휴면 몇 년 후 발아 할 수 있습니다. Waterhemp은 경작 할 작물 재배 시스템 (10)에있는 대부분의 잎이 넓은 잡초보다 더 높은 성장률을 가지고 C 4 식물입니다. 또한, 다수의 집단 waterhemp 여러 FAM에 내성제초제 3 ilies. 일리노이 waterhemp (MCR)의 이용의 인구는 4- 히드 록시 phenylpyruvate 시게나 제 (HPPD) 예컨대 메소 트리 온 등 -inhibiting 제초제 (11)뿐만 아니라, 아트라진 및 아세토 락 테이트 신타 제 (ALS)에, 제초제 -inhibiting primisulfuron 메틸을 포함하는 내성 비 대상 현장 기반 메커니즘 (12, 13)로 인해. 와 아트라진에 강한하지만 메소 트리 온에 민감하고, primisulfuron 메틸을 민감 WCS (14) 지정된 waterhemp 인구 (때문에 ALS 유전자의 돌연변이에) primisulfuron 메틸 내성 ACR (14) 지정 waterhemp의 다른 인구, 메소 트리 온 및 아트라진가 우리의 이전 연구 12, 현재 실험 MCR와 비교 하였다 (표 1에 요약 하였다). 초기 연구는 MCR에, HPPD 유전자 서열 또는 발현 수준의 변화, 또는 감소 메소 트리 온의 흡수를 감지하지 않았다인구 때 메소 트리 온 민감한 인구 (12)와 비교. 그러나, 전체 식물 대사 연구는 11, 12 메소 이전 표현형의 반응과 상관 ACR과 WCS에 비해 MCR에서 부모 메소 트리 온 제초제의 상당히 낮은 수준을 보여 주었다. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> Waterhemp 인구 </td><td> 약어 </td><td> 메소에 표현형 </td><td> 메소 트리 온 저항 메커니즘 </td><td> Primisulfuron에 표현형 </td><td> Primisulfuron 저항 메커니즘 </td></tr><tr><td> 맥린 카운티 저항하는 </td><td> MCR </td><td> 저항하는 </td><td> 대사 * </td><td> 저항하는 </td><td> 대사 </td></tr><tr><td> 아담스 카운티 저항하는 </td><td> ACR </td><td> Sensit필자 </td><td> - </td><td> 저항하는 </td><td> ALS (14)에 대상 사이트 돌연변이 </td></tr><tr><td> 웨인 카운티에 민감한 </td><td> WCS </td><td> 민감한 </td><td> - </td><td> 민감한 </td><td> - </td></tr></tbody></table> * 향상된 대사 이외의 비 표적 사이트 저항 메커니즘은 또한 MCR 인구 (12) 메소 트리 온 저항을 부여 할 수있다. 표 1 : 본 연구에 사용 일리노이 waterhemp 개체군의 설명. 그대로 waterhemp 모종의 제초제 대사의 비율을 결정하는 것에 더하여, 다른 실험적 방법은 개발되었으며 절제 waterhemp 리프 세이 (12)뿐만 아니라 다양한 P450 억제제 (예 tetcyclacis 및 말라 티온)를 사용하여 대사를 조사하기 이전 연구에서 사용. 이 방법은 previ에서 waterhemp을 위해 특별히 적응했다적출 된 잎의 분석이 아직 쌍자엽 식물에 제초제 대사 연구를 수행보고되지 않은 때문에 절제 옥수수에 primisulfuron 메틸 대사의 OU를 조사, 15 나뭇잎. organophophosate 살충제 말라 티온 자주 생체에 사용 된 체외 제초제 대사 연구에서 P450의 참여 (16)를 나타냅니다. 예를 들어, 관용과 옥수수에 메소 트리 온의 빠른 대사는 말라 티온은 메소 트리 온 (17) 옥수수 감도를 증가 할 때 확인되었다 P450 - 촉매 링 수산화,에 기인한다. 마찬가지로, 말라 티온은 절제 옥수수에서 루게릭 병 억제제 primisulfuron 메틸 15 잎의 신진 대사를 억제 하였다. 식물 조직, 출현 후 제초제의 대사를 평가할 때 적출 리프 기술의 주요 이점은, 생성 된 데이터는 전체 플랜트 전위 패턴 무관하다는 것이다, 중요한 요인을 고려한다. 따라서,이 방법은 정량 할 수 있으며질적 대사는 단일 처리 리프 (12)에 초점을 분석한다. 식물 클로닝 전략은 적출 리프 프로토콜과 함께, 이전에 대사 과정 (12)을 실시 waterhemp에 이용 하였다. 때문에 waterhemp (별도의 남성과 여성의 식물)과 자웅 이주 Amaranthus 종 (9) 내에서 유전 적 다양성의 큰 정도의 이종간 교배 특성으로,이 프로토콜은 유 전적으로 동일한 waterhemp 모종 시간 코스 실험에서 분석 하였다 것을 보장. 이 문서는 쌍자엽 잡초 (waterhemp)에서 제초제 신진 대사의 속도를 측정하기위한 절제 잎 방법의 유틸리티를 보여줍니다. 부모 제초제의 양 (흡수 된 제초제의 50 %가 저하하는 시간을 추정하기 위해 단순 일차 곡선 적합 하였다 비선형 최소 제곱 회귀 분석에 의해 각각의 시간 점 (도 1)에서 측정 한 한 나머지 DT 50). 대리인역상 고속 액체 크로마토 그래피 (RP-HPLC)에서 크로마토 내성 ALS-및 시간 과정 연구 중에 부모 제초제 및 극성 대사 산물 (들)의 병용 형성의 소실을 나타내는 과민 waterhemp 인구 (그림 표시되는 2). 우리 문서의 포커스가 균일 링 - 표지 (URL- 14 C) 제초제를 사용하여 설명하고 쌍자엽 식물 제초제 대사의 정확하고 재현 가능한 요금을 결정하기위한 식물 클로닝 방법과 조합 적출 리프 분석의 유용성을 입증하는 것이다 자신의 전체 식물의 반응에 차이가 세 waterhemp 인구는 HPPD-하고 루게릭 병 억제 제초제 (표 1).

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Agar</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A1296</td>
			<td>for pre-germinating seeds</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potting medium</td>
			<td>Sun Gro Horticulture</td>
			<td>49040233</td>
			<td>for plant growth</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nutricote</td>
			<td>Agrivert&#160;</td>
			<td>TOTAL BLEND 13-13-13 T100</td>
			<td>slow-release fertilizer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Growth chamber E15</td>
			<td>Controlled Environments Limited</td>
			<td>20207</td>
			<td>plant culturing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris base</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP152-500</td>
			<td>buffer for excised leaves</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HCl (concentrated)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A144500</td>
			<td>adjust pH of buffer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Murashige and Skoog (MS) salts&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M0404</td>
			<td>incubation of excised leaves</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A452-4</td>
			<td>leaf washes after incubation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>179124</td>
			<td>plant extractions</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetonitrile (HPLC grade)</td>
			<td>Macron Fine Chemicals</td>
			<td>MKH07610</td>
			<td>HPLC mobile phase</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Formic acid&#160;</td>
			<td>Mallinckrodt Analytical</td>
			<td>MK259205</td>
			<td>acidify mobile phase pH</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-centrifuge</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>5417R</td>
			<td>1.5 or 2.0 mL tubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge (temperature controlled)</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>5810R</td>
			<td>15 or 50 mL tubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polypropylene centrifuge tube</td>
			<td>Corning Inc.</td>
			<td>430790</td>
			<td>15 mL, sterile</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotary evaporator</td>
			<td>B&#220;CHI</td>
			<td>R200</td>
			<td>concentrate plant samples</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Liquid scintillation spectrometry (LSS)</td>
			<td>Packard Instruments</td>
			<td>104470</td>
			<td>quantify 14C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-performance liquid chromatography</td>
			<td>Perkin Elmer</td>
			<td>N2910401</td>
			<td>resolve herbicide metabolites</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flow scintillation analyzer&#160;</td>
			<td>LabLogic System</td>
			<td>1103303</td>
			<td>for HPLC analysis of 14C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hypersil Gold C18 column&#160;</td>
			<td>Thermo-Scientific</td>
			<td>03-050-522&#160;</td>
			<td>reversed phase</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultima-Flo M cocktail</td>
			<td>Perkin Elmer</td>
			<td>6013579</td>
			<td>for Flow-scintillation analyzer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scintillation Cocktail (ScintiVerse BD)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>SX18</td>
			<td>for LSS; biodegradable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laboratory homogenizer</td>
			<td>Kinematica</td>
			<td>CH-6010&#160;</td>
			<td>homogenize leaf samples</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measuring rates of herbicide metabolism in dicot weeds with an excised leaf assay

In order to isolate and accurately determine rates of herbicide metabolism in an obligate-outcrossing dicot weed, waterhemp (Amaranthus tuberculatus), we developed an excised leaf assay combined with a vegetative cloning strategy to normalize herbicide uptake and remove translocation as contributing factors in herbicide-resistant (R) and &#8211;sensitive (S) waterhemp populations. Biokinetic analyses of organic pesticides in plants typically include the determination of uptake, translocation (delivery to the target site), metabolic fate, and interactions with the target site. Herbicide metabolism is an important parameter to measure in herbicide-resistant weeds and herbicide-tolerant crops, and is typically accomplished with whole-plant tests using radiolabeled herbicides. However, one difficulty with interpreting biokinetic parameters derived from whole-plant methods is that translocation is often affected by rates of herbicide metabolism, since polar metabolites are usually not mobile within the plant following herbicide detoxification reactions. Advantages of the protocol described in this manuscript include reproducible, accurate, and rapid determination of herbicide degradation rates in R and S populations, a substantial decrease in the amount of radiolabeled herbicide consumed, a large reduction in radiolabeled plant materials requiring further handling and disposal, and the ability to perform radiolabeled herbicide experiments in the lab or growth chamber instead of a greenhouse. As herbicide resistance continues to develop and spread in dicot weed populations worldwide, the excised leaf assay method developed and described herein will provide an invaluable technique for investigating non-target site-based resistance due to enhanced rates of herbicide metabolism and detoxification.

메소 트리 온 신진 대사의 속도에 큰 차이는 WCS 또는 ACR과 MCR (그림 1) 중 하나를 사이에 검출되었다. 각각의 시점에서, MCR은 더 빠른 속도로 이전의 전체 공장의 표현형 응답 (11)과 상관이 메소 트리 온 민감한 인구, WCS 및 ACR보다 메소 트리 온을 물질 대사로 변화했다. 각 집단에서 단일 부모의 공장에서 충분히 식물을 복제하여, 제초제 대사 시간 코스 분석에 의한마다 코스 <s...

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Measuring Rates of Herbicide Metabolism in Dicot Weeds with an Excised Leaf Assay

This manuscript describes how herbicide metabolism rates can be effectively quantified with excised leaves from a dicot weed, thereby reducing variability and removing any possible confounding effects of herbicide uptake or translocation typically observed in whole-plant assays.

절제 잎 분석과 쌍자엽 잡초의 제초제 대사의 요금을 측정

In order to isolate and accurately determine rates of herbicide metabolism in an obligate-outcrossing dicot weed, waterhemp (Amaranthus tuberculatus), we ...

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Research

JoVE Journal

Environment

11.9K 조회수.  University of Illinois. This manuscript describes how herbicide metabolism rates can be effectively quantified with excised leaves from a dicot weed, thereby reducing variability and removing any possible confounding effects of herbicide uptake or translocation typically observed in whole-plant assays.

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Measuring Fluxes of Mineral Nutrients and Toxicants in Plants with Radioactive Tracers

Unidirectional influx and efflux of nutrients and toxicants, and their resultant net fluxes, are central to the nutrition and toxicology of plants. Radioisotope tracing is a major technique used to measure such fluxes, both within plants, and between plants and their environments. Flux data obtained with radiotracer protocols can help elucidate the capacity, mechanism, regulation, and energetics of transport systems for specific mineral nutrients or toxicants, and can provide insight into compartmentation and turnover rates of subcellular mineral and metabolite pools. Here, we describe two major radioisotope protocols used in plant biology: direct influx (DI) and compartmental analysis by tracer efflux (CATE). We focus on flux measurement of potassium (K+) as a nutrient, and ammonia/ammonium (NH3/NH4+) as a toxicant, in intact seedlings of the model species barley (Hordeum vulgare L.). These protocols can be readily adapted to other experimental systems (e.g., different species, excised plant material, and other nutrients/toxicants). Advantages and limitations of these protocols are discussed.

In planta measurement of nutrient and toxicant fluxes is essential to the study of plant nutrition and toxicity. Here, we cover radiotracer protocols for influx and efflux determination in intact plant roots, using potassium (K+) and ammonia/ammonium (NH3/NH4+) fluxes as examples. Advantages and limitations of such techniques are discussed.

방사성 트레이서와 식물에 미네랄 영양 성분 및 독성 물질의 플럭스를 측정

Unidirectional influx and efflux of nutrients and toxicants, and their resultant net fluxes, are central to the nutrition and toxicology of plants. ...

연구

환경과학

Protocols for Robust Herbicide Resistance Testing in Different Weed Species

Robust protocols to test putative herbicide resistant weed populations at whole plant level are essential to confirm the resistance status. The presented protocols, based on whole-plant bioassays performed in a greenhouse, can be readily adapted to a wide range of weed species and herbicides through appropriate variants. Seed samples from plants that survived a field herbicide treatment are collected and stored dry at low temperature until used. Germination methods differ according to weed species and seed dormancy type. Seedlings at similar growth stage are transplanted and maintained in the greenhouse under appropriate conditions until plants have reached the right growth stage for herbicide treatment. Accuracy is required to prepare the herbicide solution to avoid unverifiable mistakes. Other critical steps such as the application volume and spray speed are also evaluated. The advantages of this protocol, compared to others based on whole plant bioassays using one herbicide dose, are related to the higher reliability and the possibility of inferring the resistance level. Quicker and less expensive in vivo or in vitro diagnostic screening tests have been proposed (Petri dish bioassays, spectrophotometric tests), but they provide only qualitative information and their widespread use is hindered by the laborious set-up that some species may require. For routine resistance testing, the proposed whole plant bioassay can be applied at only one herbicide dose, so reducing the costs.

A robust and flexible approach to confirm herbicide resistance in weed populations is presented. This protocol allows the herbicide resistance levels to be inferred and applied to a wide range of weed species and herbicides with minor adaptations.

다른 잡초 종의 강력한 제초제 저항 테스트를위한 프로토콜

Robust protocols to test putative herbicide resistant weed populations at whole plant level are essential to confirm the resistance status. The presented ...

LC-MS Analysis of Human Platelets as a Platform for Studying Mitochondrial Metabolism

Perturbed mitochondrial metabolism has received renewed interest as playing a causative role in a range of diseases. Probing alterations to metabolic pathways requires a model in which external factors can be well controlled, allowing for reproducible and meaningful results. Many studies employ transformed cellular models for these purposes; however, metabolic reprogramming that occurs in many cancer cell lines may introduce confounding variables. For this reason primary cells are desirable, though attaining adequate biomass for metabolic studies can be challenging. Here we show that human platelets can be utilized as a platform to carry out metabolic studies in combination with liquid chromatography-tandem mass spectrometry analysis. This approach is amenable to relative quantification and isotopic labeling to probe the activity of specific metabolic pathways. Availability of platelets from individual donors or from blood banks makes this model system applicable to clinical studies and feasible to scale up. Here we utilize isolated platelets to confirm previously identified compensatory metabolic shifts in response to the complex I inhibitor rotenone. More specifically, a decrease in glycolysis is accompanied by an increase in fatty acid oxidation to maintain acetyl-CoA levels. Our results show that platelets can be used as an easily accessible and medically relevant model to probe the effects of xenobiotics on cellular metabolism.

Here we show isolated human platelets can be used as an accessible ex vivo model to study metabolic adaptations in response to the complex I inhibitor rotenone. This approach employs isotopic tracing and relative quantification by liquid chromatography-mass spectrometry and can be applied to a variety of study designs.

미토콘드리아 대사 유학을위한 플랫폼으로 인간 혈소판의 LC-MS 분석

Perturbed mitochondrial metabolism has received renewed interest as playing a causative role in a range of diseases. Probing alterations to metabolic ...

Laboratory and Field Protocol for Estimating Sheet Erosion Rates from Dendrogeomorphology

Sheet erosion is among the crucial drivers of soil degradation. Erosion is controlled by environmental factors and human activities, which often lead to severe environmental impacts. The understanding of sheet erosion is, consequently, a worldwide issue with implications for both environment and economies. However, the knowledge on how erosion evolves in space and time is still limited, as well as its effects on the environment. Below, we explain a new dendrogeomorphological protocol for deriving eroded soil thickness (Ex) by acquiring accurate microtopographic data using both terrestrial laser scanning (TLS) and microtopographic profile gauges. Additionally, standard dendrogeomorphic procedures, dependent on anatomical variations in root rings, are utilized to establish the timing of exposure. Both TLS and microtopographic profile gauges are used to obtain ground surface pro&#64257;les, from which Ex is estimated after the threshold distance (TD) is determined, i.e., the distance between the root and the sediment knickpoint, which allows de&#64257;ning the lowering of the ground surface caused by sheet erosion. For each profile, we measured the height between the topside of the root and a virtual plane tangential to the ground surface. In this way, we intended to avoid small-scale impacts of soil deformation, which may be due to pressures exerted by the root system, or by the arrangement of exposed roots. This may provoke small amounts of soil sedimentation or erosion depending on how they physically affect the surface runoff. We demonstrate that an adequate microtopographic characterization of exposed roots and their associated ground surface is very valuable to obtain accurate erosion rates. This finding could be utilized to develop the best management practices designed to eventually halt or perhaps, at least, lessen soil erosion, so that more sustainable management policies can be put into practice.

Characterizing erosion from dendrogeomorphology has usually focused on accurately finding the starting time of root exposure, by examining macroscopic or cell level changes caused by exposure. Here, we offer a detailed description of different novel techniques to obtain more precise erosion rates from highly accurate microtopographic data.

실험실 및 필드 Dendrogeomorphology에서 시트 침식 속도 추정을 위한 프로토콜

Sheet erosion is among the crucial drivers of soil degradation. Erosion is controlled by environmental factors and human activities, which often lead to ...

An Anaerobic Biosensor Assay for the Detection of Mercury and Cadmium

Mercury (Hg) bioavailability to microbes is a key step to toxic Hg biomagnification in food webs. Cadmium (Cd) transformations and bioavailability to bacteria control the amount that will accumulate in staple food crops. The bioavailability of these metals is dependent on their speciation in solution, but more particularly under anoxic conditions where Hg is methylated to toxic monomethylmercury (MeHg) and Cd persists in the rhizosphere. Whole-cell microbial biosensors give a quantifiable signal when a metal enters the cytosol and therefore are useful tools to assess metal bioavailability. Unfortunately, most biosensing efforts have so far been constrained to oxic environments due to the limited ability of existing reporter proteins to function in the absence of oxygen. In this study, we present our effort to develop and optimize a whole-cell biosensor assay capable of functioning anaerobically that can detect metals under anoxic condition in quasi-real time and within hours. We describe how the biosensor can help assess how chemical variables relevant to the environmental cycling of metals affect their bioavailability. The following protocol includes methods to (1) prepare Hg and Cd standards under anoxic conditions, (2) prepare the biosensor in the absence of oxygen, (3) design and execute an experiment to determine how a series of variable affects Hg or Cd bioavailability, and (4) to quantify and interpret biosensor data. We show the linear ranges of the biosensors and provide examples showing the method's ability to distinguish between metal bioavailability and toxicity by utilizing both metal-inducible and constitutive strains.

Here, we present a protocol to use an anaerobic whole-cell microbial biosensor to evaluate how different environmental variables affect the bioavailability of Hg and Cd to bacteria in anoxic environments.

수은 카드뮴의 검출에 대 한 혐 기성 바이오 센서 분석 결과

Mercury (Hg) bioavailability to microbes is a key step to toxic Hg biomagnification in food webs. Cadmium (Cd) transformations and bioavailability to ...

Estimating Sediment Denitrification Rates Using Cores and N2O Microsensors

Denitrification is the primary biogeochemical process removing reactive nitrogen from the biosphere. The quantitative evaluation of this process has become particularly relevant for assessing the anthropogenic-altered global nitrogen cycle and the emission of greenhouse gases (i.e., N2O). Several methods are available for measuring denitrification, but none of them are completely satisfactory. Problems with existing methods include their insufficient sensitivity, and the need to modify the substrate levels or alter the physical configuration of the process using disturbed samples.This work describes a method for estimating sediment denitrification rates that combines coring, acetylene inhibition, and microsensor measurements of the accumulated N2O. The main advantages of this method are a low disturbance of the sediment structure and the collection of a continuous record of N2O accumulation; these enable estimates of reliable denitrification rates with minimum values up to 0.4-1 &#181;mol N2O m-2 h-1. The ability to manipulate key factors is an additional advantage for obtaining experimental insights. The protocol describes procedures for collecting the cores, calibrating the sensors, performing the acetylene inhibition, measuring the N2O accumulation, and calculating the denitrification rate. The method is appropriate for estimating denitrification rates in any aquatic system with retrievable sediment cores. If the N2O concentration is above the detection limit of the sensor, the acetylene inhibition step can be omitted to estimate the N2O emission instead of denitrification. We show how to estimate both actual and potential denitrification rates by increasing nitrate availability as well as the temperature dependence of the process. We illustrate the procedure using mountain lake sediments and discuss the advantages and weaknesses of the technique compared to other methods. This method can be modified for particular purposes; for instance, it can be combined with 15N tracers to assess nitrification and denitrification or field in situ measurements of denitrification rates.

Estimating Sediment Denitrification Rates Using Cores and N2O Microsensors

This method estimates sediment denitrification rates in sediment cores using the acetylene inhibition technique and microsensor measurements of the accumulated N2O. The protocol describes procedures for collecting the cores, calibrating the sensors, performing the acetylene inhibition, measuring the N2O accumulation, and calculating the denitrification rate.

코어를 사용 하 여 N2O Microsensors 앙금 탈 질 작용 속도 추정

Denitrification is the primary biogeochemical process removing reactive nitrogen from the biosphere. The quantitative evaluation of this process has ...

Measuring the Shape and Size of Activated Sludge Particles Immobilized in Agar with an Open Source Software Pipeline

Experimental bioreactors, such as those treating wastewater, contain particles whose size and shape are important parameters. For example, the size and shape of activated sludge flocs can indicate the conditions at the microscale, and also directly affect how well the sludge settles in a clarifier.
Particle size and shape are both misleadingly &#39;simple&#39; measurements. Many subtle issues, often unaddressed in informal protocols, can arise when sampling, imaging, and analyzing particles. Sampling methods may be biased or not provide enough statistical power. The samples themselves may be poorly preserved or undergo alteration during immobilization. Images may not be of sufficient quality; overlapping particles, depth of field, magnification level, and various noise can all produce poor results. Poorly specified analysis can introduce bias, such as that produced by manual image thresholding and segmentation.
Affordability and throughput are desirable alongside reproducibility. An affordable, high throughput method can enable more frequent particle measurement, producing many images containing thousands of particles. A method that uses inexpensive reagents, a common dissecting microscope, and freely-available open source analysis software allows repeatable, accessible, reproducible, and partially-automated experimental results. Further, the product of such a method can be well-formatted, well-defined, and easily understood by data analysis software, easing both within-lab analyses and data sharing between labs.
We present a protocol that details the steps needed to produce such a product, including: sampling, sample preparation and immobilization in agar, digital image acquisition, digital image analysis, and examples of experiment-specific figure generation from the analysis results. We have also included an open-source data analysis pipeline to support this protocol.

The size and shape of particles in activated sludge are important parameters that are measured using varying methods. Inaccuracies arise from non-representative sampling, suboptimal images, and subjective analysis parameters. To minimize these errors and ease measurement, we present a protocol specifying every step, including an open source software pipeline.

형태와 오픈 소스 소프트웨어 파이프라인 Agar에 움직일 활성된 슬러지 입자의 크기 측정

Experimental bioreactors, such as those treating wastewater, contain particles whose size and shape are important parameters. For example, the size and ...

Cultivation of Green Microalgae in Bubble Column Photobioreactors and an Assay for Neutral Lipids

There is significant interest in the study of microalgae for engineering applications such as the production of biofuels, high value products, and for the treatment of wastes. As most new research efforts begin at laboratory scale, there is a need for cost-effective methods for culturing microalgae in a reproducible manner. Here, we communicate an effective approach to culture microalgae in laboratory-scale photobioreactors, and to measure the growth and neutral lipid content of that algae. Instructions are also included on how to set up the photobioreactor system. Although the example organisms are species of Chlorella and Auxenochlorella, this system can be adapted to cultivate a wide range of microalgae, including co-cultures of algae with non-algae species. Stock cultures are first grown in bottles to produce inoculum for the photobioreactor system. Algae inoculum is concentrated and transferred to photobioreactors for cultivation in batch mode. Samples are collected daily for the optical density readings. At the end of the batch culture, cells are harvested by centrifuge, washed, and freeze dried to obtain a final dry weight concentration. The final dry weight concentration is used to create a correlation between the optical density and the dry weight concentration. A modified Folch method is subsequently used to extract total lipids from the freeze-dried biomass and the extract is assayed for its neutral lipid content using a microplate assay. This assay has been published previously but protocol steps were included here to highlight critical steps in the procedure where errors frequently occur. The bioreactor system described here fills a niche between simple flask cultivation and fully-controlled commercial bioreactors. Even with only 3-4 biological replicates per treatment, our approach to culturing algae leads to tight standard deviations in the growth and lipid assays.

Here, we present a protocol to construct lab-scale bubble column photobioreactors and use them to culture microalgae. It also provides a method for the determination of the culture growth rate and neutral lipid content.

중립 지질에 대 한 녹색 미세 거품 열 Photobioreactors에 시험 재배

There is significant interest in the study of microalgae for engineering applications such as the production of biofuels, high value products, and for the ...

Leaf Area Index Estimation Using Three Distinct Methods in Pure Deciduous Stands

Accurate estimations of leaf area index (LAI), defined as half of the total leaf surface area per unit of horizontal ground surface area, are crucial for describing the vegetation structure in the fields of ecology, forestry, and agriculture. Therefore, procedures of three commercially used methods (litter traps, needle technique, and a plant canopy analyzer) for performing LAI estimation were presented step-by-step. Specific methodological approaches were compared, and their current advantages, controversies, challenges, and future perspectives were discussed in this protocol. Litter traps are usually deemed as the reference level. Both the needle technique and the plant canopy analyzer (e.g., LAI-2000) frequently underestimate LAI values in comparison with the reference. The needle technique is easy to use in deciduous stands where the litter completely decomposes each year (e.g., oak and beech stands). However, calibration based on litter traps or direct destructive methods is necessary. The plant canopy analyzer is a commonly used device for performing LAI estimation in ecology, forestry, and agriculture, but is subject to potential error due to foliage clumping and the contribution of woody elements in the field of view (FOV) of the sensor. Eliminating these potential error sources was discussed. The plant canopy analyzer is a very suitable device for performing LAI estimations at the high spatial level, observing a seasonal LAI dynamic, and for long-term monitoring of LAI.

An accurate estimation of leaf area index (LAI) is crucial for many models of material and energy fluxes within plant ecosystems and between an ecosystem and the atmospheric boundary layer. Therefore, three methods (litter traps, needle technique, and PCA) for taking precise LAI measurements were in the presented protocol.

순수 낙엽 스탠드에서 세 가지 뚜렷한 방법을 사용한 잎 영역 지수 추정

Accurate estimations of leaf area index (LAI), defined as half of the total leaf surface area per unit of horizontal ground surface area, are crucial for ...

Investigation of Xenobiotics Metabolism In Salix alba Leaves via Mass Spectrometry Imaging

The method presented uses mass spectrometry imaging (MSI) to establish the metabolic profile of S. alba leaves when exposed to xenobiotics. Using a non-targeted approach, plant metabolites and xenobiotics of interest are identified and localized in plant tissues to uncover&#160;specific distribution patterns. Then, in silico prediction of potential metabolites (i.e., catabolites and conjugates) from the identified xenobiotics is performed. When a xenobiotic metabolite is located in the tissue, the type of enzyme involved in its alteration by the plant is recorded. These results were used to describe different types of biological reactions occurring in S. alba leaves in response to xenobiotic accumulation in the leaves. The metabolites were predicted in two generations, allowing the documentation of successive biological reactions to transform xenobiotics in the leaf tissues.

Investigation of Xenobiotics Metabolism In Salix alba Leaves via Mass Spectrometry Imaging

This method uses mass spectrometry imaging (MSI) to understand metabolic processes in S. alba leaves when exposed to xenobiotics. The method allows the spatial localization of compounds of interest and their predicted metabolites within specific, intact tissues.

살릭스 알바에서 제노바이오틱스 대사에 대한 조사는 질량 분광화상 영상을 통해 나뭇잎

The method presented uses mass spectrometry imaging (MSI) to establish the metabolic profile of S. alba leaves when exposed to xenobiotics. Using a ...