Простой протокол для картирования черт архитектуры корневой системы растений

Резюме

Мы используем простые лабораторные инструменты для изучения архитектуры корневой системы (RSA) Arabidopsis и Medicago. Ростки выращивают на гидропонике над сеткой и распределяют с помощью художественной кисти, чтобы выявить RSA. Изображения делаются с помощью сканирования или камеры с высоким разрешением, а затем анализируются с помощью ImageJ для отображения черт.

Аннотация

Всесторонние знания о развитии архитектуры корневой системы растений (RSA) имеют решающее значение для повышения эффективности использования питательных веществ и повышения устойчивости сортов сельскохозяйственных культур к экологическим проблемам. Представлен экспериментальный протокол для настройки гидропонной системы, роста ростков, распространения RSA и визуализации. В подходе использовалась пурпурная коробчатая гидропонная система, содержащая полипропиленовую сетку, поддерживаемую поликарбонатными клиньями. Экспериментальные условия иллюстрируются оценкой RSA проростков при различном поступлении питательных веществ (фосфатов [Pi]). Система была создана для изучения RSA Arabidopsis, но ее легко адаптировать для изучения других растений, таких как Medicago sativa (люцерна ). Проростки Arabidopsis thaliana (Col-0) используются в этом исследовании в качестве примера для понимания растения RSA. Семена стерилизуют путем обработки этанолом и разбавленным коммерческим отбеливателем и выдерживают при температуре 4 ° C для стратификации. Семена проращивают и выращивают на жидкой полуМС среде на полипропиленовой сетке, поддерживаемой поликарбонатными клиньями. Ростки выращивают в стандартных условиях роста в течение желаемого количества дней, аккуратно вынимают из сетки и погружают в водосодержащие агаровые пластины. Каждая корневая система ростков аккуратно выкладывается на заполненную водой тарелку с помощью круглой художественной кисти. Эти пластины Петри фотографируются или сканируются с высоким разрешением, чтобы задокументировать признаки RSA. Корневые признаки, такие как первичный корень, боковые корни и зона ветвления, измеряются с помощью свободно доступного программного обеспечения ImageJ. В этом исследовании представлены методы измерения характеристик корней растений в контролируемых условиях окружающей среды. Мы обсудим, как (1) выращивать ростки, собирать и распространять образцы корней, (2) получать изображения распространенных образцов RSA, (3) захватывать изображения и (4) использовать программное обеспечение для анализа изображений для количественной оценки корневых атрибутов. Преимущество настоящего метода заключается в универсальном, простом и эффективном измерении признаков RSA.

Введение

Архитектура корневой системы (RSA), находящаяся под землей, является жизненно важным органом для роста и продуктивности растений ^1,2,3. После эмбриональной стадии растения претерпевают наиболее значительные морфологические изменения. То, как корни растут в почве, сильно влияет на рост частей растений над землей. Рост корней является первым шагом в прорастании. Это информативная черта, поскольку она однозначно реагирует на различные доступные питательные вещества 1,2,3,4.

протокол

Весь протокол схематично изложен на рисунке 1, показывая все основные этапы, связанные с выявлением архитектуры корневой системы (RSA) проростков. Шаги протокола подробно описаны ниже:

1. Стерилизация поверхности семян арабидопсиса

1. Переложите крошечную мерную ложку (примерно 100 семян = примерно 2,5 мг) семян в микропробирку и замочите на 30 минут в дистиллированной воде комнатной температуры (RT). Вся эта процедура проводится в асептическом состоянии.
2. Кратковременно центрифугируйте микрофугу с семенами при 500 x g в течение 5 с, используя любую настольную центрифуг....

Результаты

Различные морфометрические признаки архитектуры корневой системы (RSA) измеряются с помощью простых лабораторных инструментов, а этапы схематично изображены на рисунке 1. Детали гидропонной установки демонстрируют потенциал протокола в измерении RSA (рис. 1 и ?.......

Обсуждение

Эта работа продемонстрировала картографирование RSA с использованием простого лабораторного оборудования. С помощью этого метода регистрируются фенотипические изменения на уточненном уровне. Преимущество этой стратегии заключается в том, что часть побегов никогда не соприкасается с.......

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
Arabidospsis thaliana (Col 0)	Lehle Seeds	WT-02	Columbia (Col-0**, no markers)*
Art brushes	Amazon or any other vendor		Water color round brush size no. 14 (8 mm), 16 (9.5 mm), 18 (12 mm), and 20 (14.2 mm)
Automated Microscope with digital camera	Leica Microsystems		LAS version 4.12.0, Leica Microsystems
Imaging Software	ImageJ		ImageJ V  1.8.0
Magenta box GA-7	Fisher Scientific	50-255-176
Medicago sativa	Johnny's Seeds
Petri-plate (150 mm x 15 mm)	USA Scientific	8609-0215	150 mm x 15 mm PS Petri Dish (https://www.usascientific.com)
Photo camera	Cannon or Nikon		Any high mega pixel (atleast 12 mega pixel per inch) camera on macro mode
Plant-Agar	Sigma-Aldrich	A3301	Agargel  Suitable for plant tissue culture
Polycarbonate Sheets	Amazon		1 mm  thick
Polypropylene Mesh	Amazon		Pore size 250 µm, 500 µm and 1000 µm
Scanner	Epson		Epson Perfection V700 Photo (Scan at 600 dpi)