Nutzung von Mikro-CT-Scans zur Analyse parasitärer Pflanzen-Wirt-Interaktionen

Die Mikro-CT ist ein zerstörungsfreies Werkzeug, mit dem Pflanzenstrukturen dreidimensional analysiert werden können. Das vorliegende Protokoll beschreibt die Probenvorbereitung zur Nutzung von Mikro-CT zur Analyse der parasitären Pflanzenstruktur und -funktion. Verschiedene Spezies werden verwendet, um die Vorteile dieser Methode in Verbindung mit spezifischen Präparaten hervorzuheben.

Mikro-CT-Scans haben sich zu einem etablierten Werkzeug zur Untersuchung der Struktur und Funktion von Pflanzen entwickelt. Seine zerstörungsfreie Natur, kombiniert mit der Möglichkeit der dreidimensionalen Visualisierung und virtuellen Schnitte, hat eine neuartige und immer detailliertere Analyse komplexer Pflanzenorgane ermöglicht. Auch die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen, auch zwischen parasitären Pflanzen und ihren Wirten, können erforscht werden. Die Probenvorbereitung vor dem Scannen ist jedoch aufgrund der Interaktion zwischen diesen Pflanzen, die sich oft in der Gewebeorganisation und -zusammensetzung unterscheiden, von entscheidender Bedeutung. Darüber hinaus muss bei der Probenahme, Behandlung und Aufbereitung von Parasiten-Wirtsmaterial die große Vielfalt parasitärer Blütenpflanzen berücksichtigt werden, die von stark reduzierten vegetativen Körpern bis hin zu Bäumen, Kräutern und Sträuchern reicht. Hier werden zwei verschiedene Ansätze beschrieben, um Kontrastmittel in den Parasiten und/oder die Wirtspflanzen einzubringen, wobei der Schwerpunkt auf der Analyse des Haustoriums liegt. Dieses Organ fördert die Verbindung und Kommunikation zwischen den beiden Pflanzen. Mit einem einfachen Ansatz können Details der Struktur des Haustoriumsgewebes dreidimensional erforscht werden, wie hier für die parasitären Arten der Euphytoiden, der Rebe und der Mistel gezeigt wird. Die Auswahl spezifischer Kontrastmittel und Applikationsansätze ermöglicht auch eine detaillierte Beobachtung der Ausbreitung von Endoparasiten im Wirtskörper und den Nachweis einer direkten Gefäß-zu-Gefäß-Verbindung zwischen Parasit und Wirt, wie hier für einen obligaten Wurzelparasiten gezeigt. Daher kann das hier diskutierte Protokoll auf die große Vielfalt parasitärer Blütenpflanzen angewendet werden, um das Verständnis ihrer Entwicklung, Struktur und Funktionsweise zu verbessern.

Die hochauflösende Röntgen-Mikro-Computertomographie (Mikro-CT) ist ein bildgebendes Verfahren, bei dem mehrere Röntgenaufnahmen (Projektionen) einer Probe aus unterschiedlichen Blickwinkeln aufgenommen und später zur virtuellen Rekonstruktion der Probe verwendet werden¹. Dieses virtuelle Objekt kann dann analysiert, manipuliert und segmentiert werden, was eine zerstörungsfreie Erkundung in drei Dimensionen^{ermöglicht 2}. Ursprünglich für medizinische Analysen und später für industrielle Anwendungen konzipiert, bietet die Mikro-CT auch den Vorteil, innere Organe und Gewebe ohne invasive Eingriffe sichtbar zu machen

1. Auswahl parasitärer Pflanzenproben

1. Sammeln Sie das gesamte parasitäre Pflanzenhaustorium, einschließlich des angehängten Wirtsstamms/der Wurzel und der Segmente der proximalen und distalen Enden des parasitierten Wirtsorgans. Die ideale Länge jedes Segments entspricht dem doppelten Durchmesser des Haustoriums.
   HINWEIS: Fügen Sie bei seitlichen Haustorien einen Teil des Mutterstamms/der Wurzel des Parasiten hinzu, aus dem das Haustorium gebildet wurde (Abbildung .......

Das Haustorium parasitischer Pflanzen ist ein komplexes Organ, das aus verschiedenen Geweben und Zelltypen besteht, die sich mit dem Gewebe einer anderen Pflanze verflechten und verbinden, die als Wirt verwendet wird²⁰. Mikro-CT-Scans können genutzt werden, um diese komplexe Struktur auf zerstörungsfreie und dreidimensionale Weise besser zu verstehen, wenn sowohl kleine (Abbildung 1A-C) als auch große (Abbildung 1D,E.......

Die Verwendung von Schwermetalllösungen zur Verbesserung des Kontrasts von Pflanzengewebe ist zu einem entscheidenden Schritt bei der Probenvorbereitung für die Mikro-CT-Analyse geworden. Staedler et al. haben mehrere Verbindungen, die üblicherweise in Laboratorien für die Mikromorphologie von Pflanzen verfügbar sind, getestet, die die Verwendung von Phosphowolframat als wirksamstes Mittel bei der Penetration von Proben und der Erhöhung des Kontrastindex^{empfehlen 8}. Die hier erzielten Ergebn.......

Ich danke Dr. Simone Gomes Ferreira (Mikrotomographie-Labor, Universität von São Paulo, Brasilien) und Dr. Greg Lin (Center for Nanoscale Systems, Harvard University, USA) für ihre überragende Hilfe und unverzichtbare Anwenderschulung für verschiedene Mikrotomographie-Systeme und Datenanalyse-Software. Ich danke auch den Mitarbeitern des EEB-Gewächshauses an der Universität von Connecticut (USA), insbesondere Clinton Morse und Matthew Opel für die Bereitstellung der Exemplare von Viscum minimum. Dr. John Wenzel bot die Möglichkeit und große Hilfe bei der Probenahme von Pyrularia pubera. MSc. Carolina Bastos, MSc. Yasmin Hirao und Talitha Motta halfen....