Este trabalho foi apoiado por uma bolsa de doutoramento da Universidade de Antuérpia para VA; uma bolsa de doutoramento do Flamengo Science Foundation (FWO, 11ZI916N) para KS; subvenções de projectos do FWO (G0D0514N); uma bolsa de investigação actividades de investigação concertada (GOA), &quot;A Biologia de Sistemas Abordagem de Folha Morfogênese&quot; do conselho da Universidade de Antuérpia pesquisa; eo Interuniversitário de atração poloneses (IUAP VII / 29, MARS), &quot;Milho e Arabidopsis raízes e parte aérea&quot; do Escritório Belga Federal de Ciência Política (BELSPO) para GTSB Han Asard, Bulelani L. Sizani e Hamada AbdElgawad contribuíram para o vídeo .

NOTA: O protocolo a seguir para análise cinemática é válida apenas para as folhas durante o crescimento em estado estacionário. Tal implica uma taxa de alongamento foliar estável e padrões espaciais de comprimento e expansão celular em uma folha durante um período de vários dias 6. 1. crescimento da planta e Medidas de alongamento foliar Rate (LER) <ol><li> Escolha uma folha em crescimento em estado estacionário e um estágio de desenvolvimento de interesse. NOTA: Há uma diferença entre o crescimento do steady-state e crescimento repetitivo, o que implica padrões espaciais semelhantes nas folhas sucessivas no mesmo eixo. Durante as fases iniciais de crescimento das mudas, folhas sucessivas normalmente crescem cada vez mais rápido devido ao tamanho crescente da zona de crescimento de 7. Embora algumas posições folha superior pode ter um padrão de crescimento semelhante 8, isto é uma fase transitória que podem ser afectados pelos tratamentos sob investigação. Por isso, é importante comparar as linhas e tr<html> eatments estritamente na mesma posição da folha, mesmo que possa ser desenvolvimento em um momento diferente. Mesmo a uma taxa de alongamento constante, o perfil da taxa de crescimento não é necessariamente a mesma em diferentes fases de desenvolvimento. Portanto, é importante analisar as folhas no mesmo estágio de desenvolvimento 8, normalmente definido pelo número de dias após a emergência. </li><li> Para executar uma análise cinemática cheia de crescimento da folha em monocotiledôneas, crescer pelo menos 15 plantas para cada tratamento eo genótipo sob condições controladas em sala de crescimento. </li><li> No momento em que a folha de interesse é exibida (surgimento do verticilo de folhas vizinhas), iniciar a medição do comprimento da folha diariamente com uma régua até que a folha seja totalmente expandida (Figura 1-I). comprimento da folha implica o comprimento a partir do nível do solo para a ponta da folha. Tenha cuidado para não quebrar ou danificar a folha, uma vez que este possa alterar o seu crescimento. </li></ol>re 1 &quot;src =&quot; / files / ftp_upload / 54887 / 54887fig1.jpg &quot;/&gt; Figura 1:. Visão esquemática de uma análise cinemática de folhas de milho A folha de interesse é medida com uma régua por três dias consecutivos para calcular o alongamento foliar Rate (LER). Em seguida, a folha é colhida e um segmento de três centímetros é usada para a determinação do tamanho de meristema. Isto é feito através da medição do comprimento desde a base até a figura mitótico mais distal, após coloração com DAPI. (A) Os exemplos de figuras de mitose proliferativa e (B) figuras de mitose formativos. As primeiras onze centímetros da base da folha do outro lado da veia meados são usados ​​para cortar dez segmentos de um centímetro de comprimento para medições de células. Essas medições fornecem a base para a criação do perfil de comprimento celular, que serve para determinar o comprimento maduro de células (l MAT) e o comprimento das células que saem do meristema (l div). o <em&gt; l e LER esteira são utilizados para calcular a taxa de produção de células (P), enquanto que L e L div mer são utilizadas para calcular o número de células no meristema (mer N). Por sua vez, P e N mer são utilizadas para calcular a taxa de divisão celular média (D), que é o inverso da duração do ciclo celular (t c). Setas da mesma cor indicam parâmetros que são usados ​​para calcular o parâmetro a seguir nesses flechas. Barras de escala = 40 uM. Algarismos romanos são usados para se referir a procedimentos experimentais específicos descritos no protocolo. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54887/54887fig1large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> 2. A colheita <ol><li> Na fase de desenvolvimento de interesse (por exemplo, no terceiro dia após a emergência), escolher pelo menos cinco representante plantes do lote em que a condução da análise cinemática. Continuar a medir o resto das plantas, tal como explicado no passo 1.3 para determinar o comprimento da folha final. </li><li> Corte a parte aérea da planta. Para manter a parte meristematic intacta, corte o mais próximo possível às raízes (Figura 1ii). </li><li> A partir das folhas externas, remover todos deixa-se à folha de interesse delicadamente desenrolando-los um por um. Se necessário, remover alguns milímetros adicionais a partir da base para separar as folhas. Também remover as folhas apicais e pequenas fechados pela folha de interesse (Figura 1iii). </li><li> Cortar um segmento de 3 cm, a partir da base de um lado da veia meio, e armazená-la num tubo de 1,5 ml de teste preenchido com 3: 1 (v: v) de etanol absoluto: uma solução de ácido acético (CUIDADO: usar luvas) a 4 ° C durante 24 horas até vários meses (Figura 1iv). Este segmento será mais tarde utilizada para determinar o comprimento do meristema. </li><li> Deoutro lado da veia, cortar um segmento de 11 centímetros a partir da base (Figura 1 v) e colocá-lo em um tubo de 15 ml cheio com etanol absoluto a 4 ° C durante pelo menos 6 horas para remover pigmentos (Figura 1 VI). NOTA: Mais tarde, usar apenas os primeiros 10 cm para determinar o perfil de comprimento celular (ver Discussão). </li><li> Renovar o etanol absoluto para outra rodada de limpeza a 4 ° C durante pelo menos 24 horas (Figura 1vi). </li><li> Finalmente, a substituição de etanol absoluto com ácido láctico puro (CUIDADO: usar luvas) para a limpeza e armazenagem a 4 ° C durante 24 h ou até à sua utilização (Figura 1vi). </li></ol> 3. das medições de comprimento meristema <ol><li> Preparar um tampão de lavagem contendo 50 mM de cloreto de sódio (NaCl), ácido etilenodiaminotetra-acético 5 mM (EDTA; CUIDADO: usar luvas) e 10 mM de Tris (hidroximetil) aminometano-ácido clorídrico (Tris-HCl; pH 7). </li><li> Leve o segmento de 3 cm do ponto 2.4 e assimak-lo no tampão durante 20 minutos (Figura 1vii). </li><li> Enquanto espera, usar o tampão de lavagem para preparar uma solução de coloração 4 &#39;, 6-diamidino-2-fenilindole (DAPI) de 1 ug / ml, mantendo-o em gelo e no escuro. </li><li> Manchar os núcleos através da colocação do segmento de meristema para 2-5 min em solução de coloração DAPI. Trabalhar no gelo e no escuro (Figura 1vii). </li><li> Verifique se há sinal de fluorescência por rapidamente a montagem do segmento em um vidro microscopia e cobrindo-o com uma tampa de vidro. As células epidérmicas deve mostrar fluorescência, enquanto que as camadas de células subjacentes não deveria. </li><li> Se a coloração não é suficiente, colocar o segmento de volta na solução de coloração DAPI durante alguns minutos adicionais. </li><li> Para parar a coloração, montar os segmentos em uma gota de tampão de lavagem em uma lâmina de microscopia e cubra com uma tampa de vidro. </li><li> Usar um microscópio equipado com UV de fluorescência com uma ampliação de 20X, permitindo a visualização de cerca de 1,000 epidermecélulas ao mesmo tempo. Rolar em todo o segmento e procurar números de proliferação de mitose (metáfase, anáfase, telófase e citocinese), mas evitar a divisão celular formativa dos estômatos em desenvolvimento (Figura 1viii) 9. Definir onde a figura mitótico mais distal está localizado. </li><li> Determinar o comprimento do meristema através da medição da distância entre a base da folha e a figura mitótico mais distai epidérmica. Use um software de análise de imagens (por exemplo, ImageJ) para medir o comprimento total do quadro da imagem. <ol><li> Contar o número de quadros que cobrem o comprimento total meristema (a partir da base da folha a figura mitótico mais distal) e multiplicando este número pelo comprimento de um quadro para obter o comprimento meristema completo (Figura 1ix). </li></ol></li></ol> 4. celular Comprimento Perfil <ol><li> Leve o segmento que é armazenado em ácido lático (passo 2.5) e colocá-lo cuidadosamente no banco. Corte a sagacidade segmentosha bisturi em 10 segmentos de aproximadamente 1 cm de cada (Figura 1x). </li><li> Montar os segmentos de folhas sucessivas sobre uma lâmina de microscópio em uma pequena gota de ácido láctico. Certifique-se para enfrentar de forma consistente ou o adaxial ou abaxial para cima. Em princípio, não existe uma preferência para um lado particular. </li><li> Usar um microscópio equipado com contraste de interferência diferencial (DIC) a óptica, para analisar os segmentos, a partir da base da folha. Medida com um software de análise de imagem do comprimento de pelo menos 20 células epidérmicas replicar em ficheiros directamente adjacentes aos ficheiros estomática, a fim de seleccionar de forma consistente o mesmo tipo de célula. <ol><li> Faça isso em posições igualmente espaçadas ao longo de cada um dos segmentos (4 posições por bastam segmento), e certifique-se de anotar a posição correspondente para cada medição em toda a folha (Figura 1xi). </li></ol></li><li> Determinar o comprimento médio de célula a cada mm ao longo do eixo da folha usando um local de polinomial suavização pROCEDIMENTO, implementado em um R-script (Figura 1xii; Documento Suplementar 1). NOTA: O R-script fornece uma série de dados com o aumento da suavização. A quantidade de suavização necessário é um pouco arbitrária e, idealmente, deve apenas remover o ruído local, mas não afeta a curva geral. Certifique-se de usar a mesma quantidade de suavização para todas as amostras dentro de um experimento. </li><li> Calcular a média dos comprimento de célula em cada posição de entre plantas e calcular o erro padrão para criar um perfil de comprimento de célula ao longo do eixo da folha. </li></ol> 5. Cálculos de cinemáticas parâmetros (veja Documento Suplementar 2) <ol><li> Calcular a LER tomando a mudança no comprimento da folha entre os dois pontos de tempo sucessivos (por exemplo, 24 horas, tal como no passo 1.3) e dividindo-a pelo intervalo de tempo. </li><li> Calcular o comprimento da zona de crescimento (G GZ) correspondente à posição distai a partir da base em que as células atingem a 95% do seu ce maduracomprimento LL do perfil de comprimento celular smoothened. <ol><li> Aqui, para cada posição sobre o perfil smoothened comprimento célula 95% da média de todos os comprimentos de células seguintes que a posição (Figura 2). </li><li> Comparar os comprimentos de células smoothened (passo 4.4) com o comprimento de células 95%, calculado em cada posição. A partir da base da folha, a zona de crescimento termina na posição onde o comprimento real da célula é igual a 95% dos seguintes comprimentos de células (Figura 2; ver Dados Suplementar 2). </li></ol></li></ol><img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/54887/54887fig2.jpg" /> Figura 2:. Determinar o final da zona de crescimento do meristema: na posição indicada com um asterisco vermelho, o tamanho real da célula é mais pequeno do que 95% (linha pontilhada vermelho) do tamanho de célula médio de todas as células que se segue nesta posição (sólido vermelho linha). A extremidade da zona de crescimento (G GZ; indicada com abestrela lue) está localizado em que 95% (linha pontilhada azul) do tamanho de célula médio de todas as células que se segue nesta posição (linha azul sólido) é igual ao tamanho real da célula. Divisão zona (D), zona de alongamento (E), e zona madura (M). As setas tracejadas indicam a convergência entre a dimensão local e 95% do tamanho médio sobre a porção distal da folha quando se deslocam a partir das posições basal até a ponta da folha. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54887/54887fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <ol start="3"><li> Calcular o comprimento da zona de alongamento (L EL) como a diferença entre o comprimento da zona de crescimento (G GZ) e o tamanho do meristema (L mer; determinado no passo 3). </li><li> Calcular o comprimento da célula madura (l MAT) como o comprimento médio de célula na zona madura. </li><li> Divida a LER por l tapete para obter otaxa de produção de células (P). </li><li> Calcular o número de células na zona de alongamento (N EL) como a diferença entre o N e N GZ mer. O número de células do meristema (mer N) é igual ao número total de células localizadas nos intervalos correspondentes ao meristema. O número de células na zona de crescimento (GZ N) é igual ao número cumulativo de células localizadas nos intervalos correspondentes à zona de crescimento. </li><li> Calcula-se a taxa de divisão celular média (D) como mer P / N. A duração do ciclo celular (t c) é igual a ln (2) / D. </li><li> Calcular o tempo na zona de alongamento (t el) dividindo N el por P. O tempo na zona de divisão igual a 2 log (N mer) * T c. O comprimento de células que saem do meristema (l div)é igual ao comprimento da célula a partir do perfil de comprimento smoothened celular no final do meristema. </li><li> Calcular a taxa média de expansão celular (R el) usando seguinte fórmula: ln (l mat) -ln (l div)] / T el. </li></ol>

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

Uma análise cinemática em folhas de milho integral permite a determinação da base celular de crescimento da folha e permite a concepção de estratégias de amostragem eficientes. Embora o protocolo é relativamente simples, alguma cautela é recomendado nas seguintes passos críticos: (1) É importante destacar as, folhas mais jovens fechados (passo 2.3), sem danificar o meristema, uma vez que a determinação comprimento meristema (passo 3) requer a completa meristema de estar presente. Alguma prática de antemão...

Análise de crescimento depende de um conjunto de ferramentas que são comumente usados ​​por cientistas de planta para descrever as diferenças de crescimento genótipo determinado e / ou respostas fenotípicas a fatores ambientais. Eles incluem tamanho e peso medições da planta inteira ou um órgão e cálculos de taxas de crescimento para explorar os mecanismos subjacentes de crescimento. Crescimento dos órgãos é determinada por divisão celular e de expansão ao nível celular. Portanto, incluindo a quantificação desses dois processos no crescimento análises é fundamental para compreender as diferenças no crescimento do órgão inteiro 1. Por conseguinte, é fundamental ter uma metodologia adequada para determinar os parâmetros de crescimento celular que é relativamente fácil de usar por laboratórios não especializados. A análise cinemática já foi estabelecida como uma abordagem fornecendo uma estrutura poderosa para o desenvolvimento de modelos de crescimento de órgãos 2. A técnica foi optimizado para sistemas lineares,tais como raízes e folhas de Arabidopsis thaliana monocotiledóneas, mas também para os sistemas não lineares, tais como folhas dicotiledóneas 3. Hoje em dia, esta metodologia está cada vez mais sendo usado para estudar como genética, hormonal, de desenvolvimento e fatores ambientais influenciam a divisão celular e expansão em vários órgãos (Tabela 1). Além disso, também fornece uma estrutura para conectar processos celulares aos seus regulamentos bioquímicas, moleculares e fisiológicos subjacentes (Tabela 2), embora as limitações podem ser impostas por tamanho do órgão e da organização espacial para técnicas que exigem maiores quantidades de material vegetal (por exemplo, metabólitos medições, proteômica, etc.). Folhas de monocotiledóneas, como o milho (Zea mays) da folha, representam sistemas lineares em que as células se movem a partir da base da folha em direcção a ponta, passando sequencialmente através da zona de meristema e alongamento para atingir a maturidadezona. Isto o torna um sistema modelo ideal para estudos quantitativos dos padrões espaciais de crescimento de 4. Além disso, folhas de milho têm zonas de grande crescimento (meristema e zona de alongamento abrangendo vários centímetros 5) e proporcionar possibilidades para estudos em outros níveis organizacionais. Isto permite a investigação dos mecanismos de regulação (putativos) que controlam a divisão celular e expansão, quantificada por análise cinemática através de uma série de técnicas moleculares, medições fisiológicas e abordagens de biologia celular (Tabela 2). Aqui, nós fornecemos um protocolo para a realização de uma análise cinemática em folhas de monocotiledôneas. Em primeiro lugar, vamos explicar como conduzir uma análise adequada de ambos divisão celular e alongamento celular como uma função da posição ao longo do eixo da folha e como calcular parâmetros cinemáticos. Em segundo lugar, também mostrar como este pode ser usado como uma base para a concepção de amostragem. Aqui, discutimos dois casos: de alta resolução de uma amostragemd focado amostragem, permitindo uma melhor interpretação dos dados e economia de tempo / dinheiro, respectivamente. Tabela 1. Visão Geral de cinemática analisa métodos de quantificação da divisão celular e expansão em vários órgãos. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> órgão </td><td> referência </td></tr><tr><td> folhas monocotiledôneas </td><td> 16, 20, 21, 22 </td></tr><tr><td> dicas de raiz </td><td> 2, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 </td></tr><tr><td> folhas de dicotiledôneas </td><td> 21, 30, 31 </td></tr><tr><td> atirar meristema apical </td><td> 32 </td></tr></tbody></table> Tabela 1. Visão Geral de cinemática analisa métodos de quantificação da divisão celular e expansão em vários órgãos. Tabela 2. A ligação entre os processos celulares quantificados pela análise cinemática a sua regulação ao nível molecular. As referências a diversos estudos de ligação a quantificação de processos celulares com os resultados de ensaios bioquímicos e moleculares em várias espécies e órgãos. Endotransglucosylase xiloglucano (XET), malondialdeído (MDA), quinases dependentes da ciclina (CDK). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54887/54887table2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta tabela.</a>

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1670">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:315px;">Pots</td>
			<td style="width:333px;">Any</td>
			<td style="width:209px;">Any</td>
			<td style="width:813px;">We use pots with the following measueres, but can be different depending on the treatment/study : bottom diameter: 11cm, opening diameter: 15 cm, height: 12 cm. We grow one maize plant per pot.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:315px;">Planting substrate</td>
			<td style="width:333px;">Any</td>
			<td style="width:209px;">Any</td>
			<td>We use potting medium (Jiffy, The Netherlands), but other substrates can be used, depending on treatment/study.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:315px;">Ruler</td>
			<td style="width:333px;">Any</td>
			<td style="width:209px;">Any</td>
			<td>An extension ruler that covers at least 1,5 meters is needed to measure the final leaf length of the plants.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:315px;">Seeds&#160;</td>
			<td style="width:333px;">Any</td>
			<td style="width:209px;">NA</td>
			<td>Seeds can be ordered from a breeder.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:315px;">Scalpel</td>
			<td style="width:333px;">Any</td>
			<td style="width:209px;">Any</td>
			<td style="width:813px;">The scalpel is used during leaf harvesting to detach the leaf of interest from its surrounding leaves and right after harvesting to cut a proper sample for cell length and meristem length measurements.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:315px;">15 ml falcon tubes</td>
			<td style="width:333px;">Any</td>
			<td style="width:209px;">Any</td>
			<td style="width:813px;">The 15 ml falcon tubes are used for storing samples used for cell length measurements during sample clearing with absolute ethanol and lactic acid.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:315px;">Eppendorf tubes</td>
			<td style="width:333px;">Any</td>
			<td style="width:209px;">Any</td>
			<td style="width:813px;">The eppendorf tubes are used for storing samples used for meristem length measurements in ethanol:acetic acid 3:1 (v:v) solution.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:315px;">Gloves</td>
			<td style="width:333px;">Any</td>
			<td style="width:209px;">Any</td>
			<td>Latex gloves, which protect against corrosive reagents.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:315px;">Acetic acid</td>
			<td style="width:333px;">Any</td>
			<td style="width:209px;">Any</td>
			<td style="width:813px;">CAUTION: Corrosive to metals, category 1 Skin corrosion, categories 1A,1B,1C Serious eye damage, category 1; Flammable liquids, categories 1,2,3</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:315px;">Absolute ethanol</td>
			<td style="width:333px;">Any</td>
			<td style="width:209px;">Any</td>
			<td style="width:813px;">CAUTION: Hazardous in case of skin contact (irritant), of eye contact (irritant), of inhalation. Slightly hazardous in case of skin contact (permeator), of ingestion</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:315px;">Lactic acid &#62;98%</td>
			<td style="width:333px;">Any</td>
			<td style="width:209px;">Any</td>
			<td>CAUTION: Corrosive to metals, category 1 Skin corrosion, categories 1A,1B,1C Serious eye damage, category 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:315px;">Sodium chloride (NaCl)</td>
			<td style="width:333px;">Any</td>
			<td style="width:209px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:315px;">Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA)</td>
			<td style="width:333px;">Any</td>
			<td style="width:209px;">Any</td>
			<td style="width:813px;">CAUTION: Acute toxicity (oral, dermal, inhalation), category 4 Skin irritation, category 2 Eye irritation, category 2 Skin sensitisation, category 1 Specific Target Organ Toxicity &#8211; Single exposure, category 3</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:315px;">Tris(hydroxymethyl)aminomethane hydrochloride (Tris-HCl)</td>
			<td style="width:333px;">Any</td>
			<td style="width:209px;">Any</td>
			<td style="width:813px;">This material can be an irritant, contact with eyes and skin should be avoided. Inhalation of dust may be irritating to the respiratory tract.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:315px;">4&#8242;,6-Diamidine-2&#8242;-phenylindole dihydrochloride (DAPI)</td>
			<td style="width:333px;">Any</td>
			<td style="width:209px;">Any</td>
			<td style="width:813px;">Cell permeable fluorescent minor groove-binding probe for DNA. Causes skin irritation. May cause an allergic skin reaction. May cause respiratory irritation.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:315px;">Ice</td>
			<td style="width:333px;">Any</td>
			<td style="width:209px;">NA</td>
			<td>The DAPI solution has to be kept on ice.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:315px;">Fluorescent microscope</td>
			<td>AxioScope A1, Axiocam ICm1 from Zeiss or other</td>
			<td style="width:209px;"></td>
			<td>Any fluorescent microscope can be used for determining meristem length.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:315px;">Microscopic slide</td>
			<td style="width:333px;">Any</td>
			<td style="width:209px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:315px;">Cover glass</td>
			<td style="width:333px;">Any</td>
			<td style="width:209px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:315px;">Tweezers</td>
			<td style="width:333px;">Any</td>
			<td style="width:209px;">Any</td>
			<td style="width:813px;">Tweezers are needed for unfolding the rolled maize leaf right after harvesting in order to cut a proper sample for cell length and meristem length measurements.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:315px;">Image-analysis software</td>
			<td>Axiovision (Release 4.8) from Zeiss</td>
			<td style="width:209px;">NA</td>
			<td style="width:813px;">The software can be downloaded at: http://www.zeiss.com/microscopy/en_de/downloads/axiovision.html. Other softwares such as ImageJ (https://imagej.nih.gov/ij/) could be used as well.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:315px;">Microscope equipped with DIC</td>
			<td>AxioScope A1, Axiocam ICm1 from Zeiss or other</td>
			<td style="width:209px;"></td>
			<td>Any&#160; microscope, equipped with differential interference contrast (DIC) can be used to measure cell lengths.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:315px;">R statistical analysis software</td>
			<td>R Foundation for Statistical Computing</td>
			<td style="width:209px;">NA</td>
			<td>Open source; Could be downloaded at https://www.r-project.org/</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:315px;">R script</td>
			<td style="width:333px;">NA</td>
			<td style="width:209px;">NA</td>
			<td style="width:813px;">We use the kernel smoothing function locpoly of the Kern Smooth package (Wand MP, Jones MC.&#160; Kernel Smoothing: Chapman &#38; Hall/CRC (1995)). The script is available for Mac and Windows upon inquire with the corresponding author. We have versions for Mac and Windows.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

kinematic analysis of cell division and expansion: quantifying the cellular basis of growth and sampling developmental zones in zea mays leaves

Growth analyses are often used in plant science to investigate contrasting genotypes and the effect of environmental conditions. The cellular aspect of these analyses is of crucial importance, because growth is driven by cell division and cell elongation. Kinematic analysis represents a methodology to quantify these two processes. Moreover, this technique is easy to use in non-specialized laboratories. Here, we present a protocol for performing a kinematic analysis in monocotyledonous maize (Zea mays) leaves. Two aspects are presented: (1) the quantification of cell division and expansion parameters, and (2) the determination of the location of the developmental zones. This could serve as a basis for sampling design and/or could be useful for data interpretation of biochemical and molecular measurements with high spatial resolution in the leaf growth zone. The growth zone of maize leaves is harvested during steady-state growth. Individual leaves are used for meristem length determination using a DAPI stain and cell-length profiles using DIC microscopy. The protocol is suited for emerged monocotyledonous leaves harvested during steady-state growth, with growth zones spanning at least several centimeters. To improve the understanding of plant growth regulation, data on growth and molecular studies must be combined. Therefore, an important advantage of kinematic analysis is the possibility to correlate changes at the molecular level to well-defined stages of cellular development. Furthermore, it allows for a more focused sampling of specified developmental stages, which is useful in case of limited budget or time.

Aqui, mostramos uma comparação entre as plantas bem irrigadas (controle, o conteúdo de água no solo de 54%, (SWC)) e plantas submetidas a condições de seca de stress (seca, 34% SWC) em termos de crescimento da folha. Todas as plantas foram cultivadas numa câmara de crescimento, sob condições controladas (16 h dia / noite de 8 h, 25 ° C / 18 ° C dia / noite, 300-400 μEm -2 seg -1 radiação fotossinteticamente activa (PAR). As condições de seca foram es...

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Kinematic Analysis of Cell Division and Expansion: Quantifying the Cellular Basis of Growth and Sampling Developmental Zones in Zea mays Leaves

Quantifying cell division and expansion is of crucial importance to the understanding of whole-plant growth. Here, we present a protocol to calculate cellular parameters determining maize leaf growth rates and highlight the use of these data for investigating molecular growth regulatory mechanisms by directing developmental stage-specific sampling strategies.

Análise cinemática da Divisão Celular e Expansão: Quantificar a base celular de crescimento e de amostragem de desenvolvimento zonas em<em&gt; Zea mays</em&gt; Folhas

Growth analyses are often used in plant science to investigate contrasting genotypes and the effect of environmental conditions. The cellular aspect of ...

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Research

JoVE Journal

Biology

Kinematic Analysis of Cell Division and Expansion: Quantifying the Cellular Basis of Growth and Sampling Developmental Zones in Zea mays Leaves

10.8K visualizações.  University of Antwerp. Quantifying cell division and expansion is of crucial importance to the understanding of whole-plant growth. Here, we present a protocol to calculate cellular parameters determining maize leaf growth rates and highlight the use of these data for investigating molecular growth regulatory mechanisms by directing developmental stage-specific sampling strategies. 

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Video Bioinformatics Analysis of Human Embryonic Stem Cell Colony Growth

Because video data are complex and are comprised of many images, mining information from video material is difficult to do without the aid of computer software.  Video bioinformatics is a powerful quantitative approach for extracting spatio-temporal data from video images using computer software to perform dating mining and analysis. In this article, we introduce a video bioinformatics method for quantifying the growth of human embryonic stem cells (hESC) by analyzing time-lapse videos collected in a Nikon BioStation CT incubator equipped with a camera for video imaging. In our experiments, hESC colonies that were attached to Matrigel were filmed for 48 hours in the BioStation CT.  To determine the rate of growth of these colonies, recipes were developed using CL-Quant software which enables users to extract various types of data from video images.  To accurately evaluate colony growth, three recipes were created. The first segmented the image into the colony and background, the second enhanced the image to define colonies throughout the video sequence accurately, and the third measured the number of pixels in the colony over time.  The three recipes were run in sequence on video data collected in a BioStation CT to analyze the rate of growth of individual hESC colonies over 48 hours. To verify the truthfulness of the CL-Quant recipes, the same data were analyzed manually using Adobe Photoshop software. When the data obtained using the CL-Quant recipes and Photoshop were compared, results were virtually identical, indicating the CL-Quant recipes were truthful. The method described here could be applied to any video data to measure growth rates of hESC or other cells that grow in colonies. In addition, other video bioinformatics recipes can be developed in the future for other cell processes such as migration, apoptosis, and cell adhesion.  

Video bioinformatics is the automated processing, analysis, understanding, and data mining of biological spatio-temporal data extracted from microscopic videos. The purpose of this article is to demonstrate a method for measuring human embryonic stem cell colony growth using a video bioinformatics method.

Vídeo Bioinformática Análise de Crescimento Humano embrionárias Colony Stem Cell

Because video data are complex and are comprised of many images, mining information from video material is difficult to do without the aid of computer ...

Biologia

A System for ex vivo Culturing of Embryonic Pancreas

The pancreas controls vital functions of our body, including the production of digestive enzymes and regulation of blood sugar levels1. Although in the past decade many studies have contributed to a solid foundation for understanding pancreatic organogenesis, important gaps persist in our knowledge of early pancreas formation2. A complete understanding of these early events will provide insight into the development of this organ, but also into incurable diseases that target the pancreas, such as diabetes or pancreatic cancer. Finally, this information will generate a blueprint for developing cell-replacement therapies in the context of diabetes.
 During embryogenesis, the pancreas originates from distinct embryonic outgrowths of the dorsal and ventral foregut endoderm at embryonic day (E) 9.5 in the mouse embryo3,4. Both outgrowths evaginate into the surrounding mesenchyme as solid epithelial buds, which undergo proliferation, branching and differentiation to generate a fully mature organ2,5,6. Recent evidences have suggested that growth and differentiation of pancreatic cell lineages, including the insulin-producing &beta;-cells, depends on proper tissue-architecture, epithelial remodeling and cell positioning within the branching pancreatic epithelium7,8. However, how branching morphogenesis occurs and is coordinated with proliferation and differentiation in the pancreas is largely unknown. This is in part due to the fact that current knowledge about these developmental processes has relied almost exclusively on analysis of fixed specimens, while morphogenetic events are highly dynamic.
 Here, we report a method for dissecting and culturing mouse embryonic pancreatic buds ex vivo on glass bottom dishes, which allow direct visualization of the developing pancreas (Figure 1). This culture system is ideally devised for confocal laser scanning microscopy and, in particular, live-cell imaging. Pancreatic explants can be prepared not only from wild-type mouse embryos, but also from genetically engineered mouse strains (e.g. transgenic or knockout), allowing real-time studies of mutant phenotypes. Moreover, this ex vivo culture system is valuable to study the effects of chemical compounds on pancreatic development, enabling to obtain quantitative data about proliferation and growth, elongation, branching, tubulogenesis and differentiation. In conclusion, the development of an ex vivo pancreatic explant culture method combined with high-resolution imaging provides a strong platform for observing morphogenetic and differentiation events as they occur within the developing mouse embryo.

A System for ex vivo Culturing of Embryonic Pancreas

Here, we describe a method for isolation, culture and manipulation of mouse embryonic pancreas. This represents an excellent ex vivo system for studying various aspects of pancreatic development, including morphogenesis, differentiation and growth. Pancreatic bud explants can be cultured for several days and used in a range of different applications, including whole-mount immunofluorescence and live imaging.

Um Sistema de<em&gt; Ex vivo</em&gt; A cultura de Pâncreas embrionárias

The pancreas controls vital functions of our body,  including the production of digestive enzymes and regulation of blood sugar  levels1. Although in the ...

Live Cell Cycle Analysis of Drosophila Tissues using the Attune Acoustic Focusing Cytometer and Vybrant DyeCycle Violet DNA Stain

Flow cytometry has been widely used to obtain information about DNA content in a population of cells, to infer relative percentages in different cell cycle phases. This technique has been successfully extended to the mitotic tissues of the model organism Drosophila melanogaster for genetic studies of cell cycle regulation in vivo. When coupled with cell-type specific fluorescent protein expression and genetic manipulations, one can obtain detailed information about effects on cell number, cell size and cell cycle phasing in vivo. However this live-cell method has relied on the use of the cell permeable Hoechst 33342 DNA-intercalating dye, limiting users to flow cytometers equipped with a UV laser. We have modified this protocol to use a newer live-cell DNA dye, Vybrant DyeCycle Violet, compatible with the more common violet 405nm laser. The protocol presented here allows for efficient cell cycle analysis coupled with cell type, relative cell size and cell number information, in a variety of Drosophila tissues. This protocol extends the useful cell cycle analysis technique for live Drosophila tissues to a small benchtop analyzer, the Attune Acoustic Focusing Cytometer, which can be run and maintained on a single-lab scale.

Live Cell Cycle Analysis of Drosophila Tissues using the Attune Acoustic Focusing Cytometer and Vybrant DyeCycle Violet DNA Stain

A protocol for cell cycle analysis of live Drosophila tissues using the Attune Acoustic Focusing Cytometer is described. This protocol simultaneously provides information about relative cell size, cell number, DNA content and cell type via lineage tracing or tissue specific expression of fluorescent proteins in vivo.

Análise do Ciclo de células vivas de<em&gt; Drosophila</em&gt; Tecidos usando o acústico Attune Focando Cytometer e Vybrant DyeCycle Violeta DNA Stain

Flow cytometry has  been widely used to obtain information about DNA content in a population of  cells, to infer relative percentages in different cell ...

Cytological Analysis of Spermatogenesis: Live and Fixed Preparations of Drosophila Testes

Drosophila melanogaster is a powerful model system that has been widely used to elucidate a variety of biological processes. For example, studies of both the female and male germ lines of Drosophila have contributed greatly to the current understanding of meiosis as well as stem cell biology. Excellent protocols are available in the literature for the isolation and imaging of Drosophila ovaries&#160;and testes3-12. Herein, methods for the dissection and preparation of Drosophila testes for microscopic analysis are described with an accompanying video demonstration. A protocol for isolating testes from the abdomen of adult males and preparing slides of live tissue for analysis by phase-contrast microscopy as well as a protocol for fixing and immunostaining testes for analysis by fluorescence microscopy are presented. These techniques can be applied in the characterization of Drosophila mutants that exhibit defects in spermatogenesis as well as in the visualization of subcellular localizations of proteins.

Cytological Analysis of Spermatogenesis: Live and Fixed Preparations of Drosophila Testes

Methods for isolating and preparing Drosophila testes samples (live and fixed) for imaging by phase-contrast and fluorescence microscopy are described herein.&#160;

Citológica Análise da espermatogênese: Preparados ao vivo e fixo<em&gt; Drosophila</em&gt; Testes

Drosophila melanogaster is a powerful model system that has been widely used to elucidate a variety of biological processes. For example, studies of both ...

Isolation and Physiological Analysis of Mouse Cardiomyocytes

Cardiomyocytes, the workhorse cell of the heart, contain exquisitely organized cytoskeletal and contractile elements that generate the contractile force used to pump blood. Individual cardiomyocytes were first isolated over 40 years ago in order to better study the physiology and structure of heart muscle. Techniques have rapidly improved to include enzymatic digestion via coronary perfusion. More recently, analyzing the contractility and calcium flux of isolated myocytes has provided a vital tool in the cellular and sub-cellular analysis of heart failure. Echocardiography and EKGs provide information about the heart at an organ level only. Cardiomyocyte cell culture systems exist, but cells lack physiologically essential structures such as organized sarcomeres and t-tubules required for myocyte function within the heart. In the protocol presented here, cardiomyocytes are isolated via Langendorff perfusion. The heart is removed from the mouse, mounted via the aorta to a cannula, perfused with digestion enzymes, and cells are introduced to increasing calcium concentrations. Edge and sarcomere detection software is used to analyze contractility, and a calcium binding fluorescent dye is used to visualize calcium transients of electrically paced cardiomyocytes; increasing understanding of the role cellular changes play in heart dysfunction. Traditionally used to test drug effects on cardiomyocytes, we employ this system to compare myocytes from WT mice and mice with a mutation that causes dilated cardiomyopathy. This protocol is unique in its comparison of live cells from mice with known heart function and known genetics. Many experimental conditions are reliably compared, including genetic or environmental manipulation, infection, drug treatment, and more. Beyond physiologic data, isolated cardiomyocytes are easily fixed and stained for cytoskeletal elements. Isolating cardiomyocytes via perfusion is an extremely versatile method, useful in studying cellular changes that accompany or lead to heart failure in a variety of experimental conditions.

Individual cardiomyocytes from wild type and mutant mice can be isolated from the heart in order to study their contractility and calcium transients. This allows characterization of the contribution of cellular dysfunction to heart dysfunction from any cause.

Isolamento e Fisiológica Análise de rato Cardiomyocytes

Cardiomyocytes, the workhorse cell of the heart, contain exquisitely organized cytoskeletal and contractile elements that generate the contractile force ...

Reconstitution Of &#946;-catenin Degradation In Xenopus Egg Extract

Xenopus laevis egg extract is a well-characterized, robust system for studying the biochemistry of diverse cellular processes. Xenopus egg extract has been used to study protein turnover in many cellular contexts, including the cell cycle and signal transduction pathways1-3. Herein, a method is described for isolating Xenopus egg extract that has been optimized to promote the degradation of the critical Wnt pathway component, &beta;-catenin. Two different methods are described to assess &beta;-catenin protein degradation in Xenopus egg extract. One method is visually informative ([35S]-radiolabeled proteins), while the other is more readily scaled for high-throughput assays (firefly luciferase-tagged fusion proteins). The techniques described can be used to, but are not limited to, assess &beta;-catenin protein turnover and identify molecular components contributing to its turnover. Additionally, the ability to purify large volumes of homogenous Xenopus egg extract combined with the quantitative and facile readout of luciferase-tagged proteins allows this system to be easily adapted for high-throughput screening for modulators of &beta;-catenin degradation.

Reconstitution Of &#946;-catenin Degradation In Xenopus Egg Extract

A method is described for analyzing protein degradation using radiolabeled and luciferase-fusion proteins in Xenopus egg extract and its adaptation for high-throughput screening for small molecule modulators of protein degradation.

Reconstituição de β-catenina degradação na<em&gt; Xenopus</em&gt; Extrato de ovo

Xenopus laevis egg extract is a well-characterized, robust system for studying the biochemistry of diverse cellular processes. Xenopus egg extract has ...

Tracking and Quantifying Developmental Processes in C. elegans Using Open-source Tools

Quantitatively capturing developmental processes is crucial to derive mechanistic models and key to identify and describe mutant phenotypes. Here protocols are presented for preparing embryos and adult C. elegans animals for short- and long-term time-lapse microscopy and methods for tracking and quantification of developmental processes. The methods presented are all based on C. elegans strains available from the Caenorhabditis Genetics Center and on open-source software that can be easily implemented in any laboratory independently of the microscopy system used. A reconstruction of a 3D cell-shape model using the modelling software IMOD, manual tracking of fluorescently-labeled subcellular structures using the multi-purpose image analysis program Endrov, and an analysis of cortical contractile flow using PIVlab (Time-Resolved Digital Particle Image Velocimetry Tool for MATLAB) are shown. It is discussed how these methods can also be deployed to quantitatively capture other developmental processes in different models, e.g., cell tracking and lineage tracing, tracking of vesicle flow.

Tracking and Quantifying Developmental Processes in C. elegans Using Open-source Tools

Here it is shown how to track and quantify developmental processes in C. elegans. The methods presented are based on open-source tools that can be easily implemented. It is demonstrated how to reconstruct 3D cell-shape models, how to manually track subcellular structures, and how to analyze cortical contractile flow.

Rastreamento e quantificação processos de desenvolvimento em<em&gt; C. elegans</em&gt; Como usar as ferramentas de código aberto

Quantitatively capturing developmental processes is crucial to derive mechanistic models and key to identify and describe mutant phenotypes. Here ...

A Morphometric and Cellular Analysis Method for the Murine Mandibular Condyle

The temporomandibular joint (TMJ) has the capacity to adapt to external stimuli, and loading changes can affect the position of condyles, as well as the structural and cellular components of the mandibular condylar cartilage (MCC). This manuscript describes methods for analyzing these changes and a method for altering the loading of the TMJ in mice (i.e., compressive static TMJ loading). The structural evaluation illustrated here is a simple morphometric approach that uses the Digimizer software and is performed in radiographs of small bones. In addition, the analysis of cellular changes leading to alterations in collagen expression, bone remodeling, cell division, and proteoglycan distribution in the MCC is described. The quantification of these changes in histological sections - by counting the positive fluorescent pixels using image software and measuring the distance mapping and stained area with Digimizer - is also demonstrated. The methods shown here are not limited to the murine TMJ, but could be used on additional bones of small experimental animals and in other regions of endochondral ossification.

This manuscript presents methods for analyzing morphometric and cellular changes within the mandibular condyle of rodents.

Um método de análise celular para o côndilo Mandibular murino e morfométricas

The temporomandibular joint (TMJ) has the capacity to adapt to external stimuli, and loading changes can affect the position of condyles, as well as the ...

Analysis of Beta-cell Function Using Single-cell Resolution Calcium Imaging in Zebrafish Islets

Pancreatic beta-cells respond to increasing blood glucose concentrations by secreting the hormone insulin. The dysfunction of beta-cells leads to hyperglycemia and severe, life-threatening consequences. Understanding how the beta-cells operate under physiological conditions and what genetic and environmental factors might cause their dysfunction could lead to better treatment options for diabetic patients. The ability to measure calcium levels in beta-cells serves as an important indicator of beta-cell function, as the influx of calcium ions triggers insulin release. Here we describe a protocol for monitoring the glucose-stimulated calcium influx in zebrafish beta-cells by using GCaMP6s, a genetically encoded sensor of calcium. The method allows monitoring the intracellular calcium dynamics with single-cell resolution in ex vivo mounted islets. The glucose-responsiveness of beta-cells within the same islet can be captured simultaneously under different glucose concentrations, which suggests the presence of functional heterogeneity among zebrafish beta-cells. Furthermore, the technique provides high temporal and spatial resolution, which reveals the oscillatory nature of the calcium influx upon glucose stimulation. Our approach opens the doors to use the zebrafish as a model to investigate the contribution of genetic and environmental factors to beta-cell function and dysfunction.

Beta-cell functionality is important for blood-glucose homeostasis, which is evaluated at single-cell resolution using a genetically encoded reporter for calcium influx.

Análise da função de células Beta utilizando imagens de cálcio de célula única resolução em ilhotas de Zebrafish

Pancreatic beta-cells respond to increasing blood glucose concentrations by secreting the hormone insulin. The dysfunction of beta-cells leads to ...

Pupal and Adult Injections for RNAi and CRISPR Gene Editing in Nasonia vitripennis

The jewel wasp, Nasonia vitripennis, has become an efficient model system to study epigenetics of haplo-diploid sex determination, B-chromosome biology, host-symbiont interactions, speciation, and venom synthesis. Despite the availability of several molecular tools, including CRISPR/Cas9, functional genetic studies are still limited in this organism. The major limitation of applying CRISPR/Cas9 technology in N. vitripennis stems from the challenges of embryonic microinjections. Injections of embryos are particularly difficult in this organism and in general in many parasitoid wasps, due to small embryo size and the requirement of a host pupa for embryonic development. To address these challenges, Cas9 ribonucleoprotein complex delivery into female&#160;ovaries by adult injection, rather than embryonic microinjection, was optimized, resulting in both somatic and heritable germline edits. The injection procedures were optimized in pupae and female wasps using either ReMOT Control (Receptor-Mediated Ovary Transduction of Cargo) or BAPC (Branched Amphiphilic Peptide Capsules). These methods are shown to be effective alternatives to embryo injection, enabling site-specific and heritable germline mutations.

Pupal and Adult Injections for RNAi and CRISPR Gene Editing in Nasonia vitripennis

Here, we describe methods for efficient pupal and adult injections in Nasonia vitripennis as accessible alternatives to embryo microinjection, enabling functional analysis of genes of interest using either RNA-silencing via RNA interference (RNAi) or gene knockout via CRISPR/Cas9 genome editing.

Injeções de pupal e adultos para edição de genes RNAi e CRISPR em Nasonia vitripennis

The jewel wasp, Nasonia vitripennis, has become an efficient model system to study epigenetics of haplo-diploid sex determination, B-chromosome biology, ...