Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Burada, Arabidopsis thaliana'da polen tüpü rehberliğini ve alımını gözlemlemek için ovüllerin alıcılığını artıran yarı in vitro (SIV) yöntemin geliştirilmesini açıklıyoruz. Yüksek verimli SIV cum septum yöntemi, dinamik döllenme sürecini izlemek için gametofit işaretleyici çizgileri ve genetik olarak kodlanmış biyosensörlerle birleştirilebilir.
Çiçekli bitkilerde, polen tüpünün (erkek gametofit) pistil içindeki büyümesi ve yönlendirilmesi ve polen tüpünün dişi gametofit tarafından alınması, çift döllenme ve sonraki tohum gelişimi için gereklidir. Polen tüpü alımı sırasında erkek ve dişi gametofitler arasındaki etkileşimler, polen tüpü rüptürü ve çift döllenmeyi etkilemek için iki sperm hücresinin salınması ile sonuçlanır. Polen tüpü büyümesi ve çift döllenme çiçeğin dokularında derinden gizlendiğinden, bu süreci in vivo olarak gözlemlemek zordur.
Arabidopsis thaliana model bitkisinde döllenmenin canlı hücre görüntülemesi için yarı in vitro (SIV) bir yöntem geliştirilmiş ve çeşitli araştırmalarda uygulanmıştır. Bu çalışmalar, çiçekli bitkilerde döllenme sürecinin nasıl gerçekleştiğinin ve erkek ve dişi gametofitlerin etkileşimi sırasında hangi hücresel ve moleküler değişikliklerin meydana geldiğinin temel özelliklerinin aydınlatılmasına yardımcı olmuştur. Bununla birlikte, bu canlı hücre görüntüleme deneyleri bireysel ovüllerin eksizyonunu içerdiğinden, görüntüleme seansı başına düşük sayıda gözlemle sınırlıdır, bu da bu yaklaşımı sıkıcı ve çok zaman alıcı hale getirir. Diğer teknik zorlukların yanı sıra, polen tüplerinin ovülleri in vitro olarak döllemedeki başarısızlığı sıklıkla bildirilmektedir ve bu da bu tür analizleri ciddi şekilde karıştırmaktadır.
Burada, polen tüpü alımının ve döllenmesinin otomatik ve yüksek verimli bir şekilde görüntülenmesi için ayrıntılı bir video protokolü sağlanmıştır ve görüntüleme seansı başına 40 adede kadar polen tüpü alımı ve kopması gözlemine izin vermektedir. Genetik olarak kodlanmış biyosensörlerin ve işaretleyici hatlarının kullanımı ile birleştiğinde, bu yöntem daha az zaman yatırımı ile büyük numune boyutlarının oluşturulmasını sağlar. Çiçek evreleme, diseksiyon, orta hazırlık ve görüntüleme dahil olmak üzere tekniğin nüansları ve kritik noktaları, polen tüpü rehberliği, alımı ve çift gübrelemenin dinamikleri hakkında gelecekteki araştırmaları kolaylaştırmak için video formatında açıkça detaylandırılmıştır.
Cinsel olarak üreyen organizmalarda genetik olarak benzersiz yavruların oluşumu, erkek ve dişi gametlerin başarılı bir şekilde kaynaşmasına bağlıdır. Çiçekli bitkilerde, çift döllenme sırasında iki erkek gametin (sperm hücreleri) iki dişi gamet (yumurta hücresi ve merkezi hücre) ile etkileşimi, polen tüpünden (erkek gametofit) sperm salınımına bağlıdır. Polen tüpü alımı olarak adlandırılan bu süreç, büyük ölçüde embriyo kesesi (dişi gametofit) içinde bulunan sinergid hücreler tarafından kontrol edilir1,2. Polen tüpü alımı çiçeğin derinliklerinde gerçekleştiğinden, yarı in vitro (SIV) polen tüpü alımı adı verilen işlemin canlı hücre görüntülemesine izin veren bir yöntem oluşturulmuştur3. Bu yöntemle, eksize edilmiş Arabidopsis ovülleri yarı sıvı polen çimlenme ortamına yerleştirilir ve stil ileten trakt kavşağı 3,4'te kopmuş bir pistilin damgası ve stili ile büyüyen polen tüpleri tarafından hedeflenir. Bu tekniğin geliştirilmesinden bu yana, ayrıntılı gözlemler polen tüpü rehberliği, alımı ve gübrelemesini çevreleyen çeşitli keşiflere yol açmıştır. Diğerlerinin yanı sıra, bu keşifler arasında stigma3 yoluyla büyüme yoluyla polen tüpü hedefleme yetkinliğinin kazanılması, polen tüpügelişi 5,6,7,8,9 üzerine sinerjlerde hücre içi kalsiyum salınımlarının başlaması ve polen tüpü patlaması üzerine sperm hücresi salınımı ve döllenme dinamikleri10 bulunmaktadır . Bununla birlikte, bu teknik ovüllerin eksizyonuna dayandığından, döllenme gözlemleri sayıca sınırlıdır ve polen tüpü alımı genellikle anormaldir ve polen tüpü rüptürünün başarısızlığına neden olur (Video 1 ve Ek Dosya 1). Bu nedenle, polen tüpü alımı ve gübrelemesinin yüksek verimli analizlerine izin veren daha verimli bir yaklaşıma ihtiyaç vardır.
Bu protokolün geliştirilmesinde, polen tüpü alımını analiz etmek için en "in vitro" yöntemlerden en "in vivo" yöntemlere kadar uzanan birkaç yeni yaklaşım test edildi ve günde 40 adede kadar döllenme gözlemine izin veren tüm septumun eksizyonuna dayanan etkili bir teknik üzerinde duruldu. Burada, çiçek evreleme, diseksiyon, orta hazırlık ve görüntüleme ayarları dahil olmak üzere tekniğin nüansları ve kritik noktaları özetlenmiştir. Bu protokolü izleyerek, polen tüpü rehberliği, polen tüpü alımı ve çift döllenmeye odaklanan araştırmalar kolaylaştırılmalıdır. Yöntemin izin verdiği daha yüksek örneklem boyutlarının, canlı görüntüleme deneylerinden elde edilen sonuçların bilimsel sağlamlığını desteklemesi beklenmektedir. Bu tekniğin potansiyel uygulamaları, genetik olarak kodlanmış biyosensörlerin kullanımı yoluyla gametofit etkileşimleri sırasında sitozolik kalsiyum konsantrasyonlarındaki ([Ca2 +] sit), pH veya H2O2'dekimoleküler ve fizyolojik değişikliklerin gözlemlerini içerir, ancak bunlarla sınırlı değildir. Ayrıca, alıcı sinerjinin dejenerasyonu, sperm hücresi göçü veya karyogami gibi sitolojik değişiklikler, bu gelişmiş yöntem kullanılarak daha kolay gözlemlenebilir. Son olarak, döllenmenin farklı aşamalarının zamanlaması geniş alan mikroskobu altında izlenebilir ve daha sonra daha yüksek çözünürlük ve 3D rekonstrüksiyon için konfokal lazer tarama mikroskobu (CLSM) veya iki foton uyarma mikroskobu (2PEM) kullanılarak daha ayrıntılı analizler yapılabilir.
NOT: Bu protokolde kullanılan malzeme ve ekipmanların bir listesi için Malzeme Tablosuna bakınız.
1. Görüntüleme deneyini tasarlarken dikkat edilmesi gerekenler
2. Polen çimlenme ortamı hazırlığı
3. Septum donörlerinin, stigma donörlerinin ve polen donörlerinin çiçek evrelemesi
Şekil 1: Septum donörlerinin, stigma donörlerinin ve polen donörlerinin çiçek evrelemesi. (A) Arabidopsis çiçeklerinin (Ler-0) bir çiçeklenme içindeki aşamaları. Açılmak üzere olan yaprakları ve sarı hissiz anterleri olan 12B evresindeki tomurcuklar, tüm sepalleri, yaprakları ve organları çıkararak iğdiş edilmelidir. Pistils (dişi gametofit üreticisini barındıran) daha sonra 24 saat sonra septum donörleri olarak kullanılabilir. (B) Arabidopsis çiçeklerinin (Col-0) bir çiçeklenme içindeki aşamaları. Yapraklarından zar zor çıkan sarı hiscent anterlere ve stigmalara sahip olan 12B evresindeki tomurcuklar, tüm sepalleri, yaprakları ve organları çıkararak iğdiş edilmelidir. Pistiller daha sonra 24 saat sonra, açık ve polen döken çiçekler (erkek gametofit belirtecini barındıran) tarafından tozlaştırılmaları gerektiğinde stigma donörleri olarak kullanılabilir. Tozlaşmış stigmalar tozlaşmadan sonraki 1 saat içinde diseke edilmelidir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
4. Septum diseksiyonu
Şekil 2: Septum ve stigma diseksiyonu için hızlı bir kılavuz. (A) Septum diseksiyon adımları. Pisili bir insülin şırınga iğnesi ile çift taraflı bant üzerine sabitleyin ve stil-yumurtalık kavşağında ve yumurtalık-pedikül kavşağında kesikler yapın, ardından her iki karpelin septumu boyunca sığ bir kesim yapın (Adım 1). Karpel duvarlarını tekrar bandın üzerine soyun (Adım 2). Replum'u üst septumun altında kesin (Adım 3). Septumu stilde kesin ve pediseldeki forseps kullanarak çıkarın (Adım 4). Septumu agar ortamına yerleştirin ve forseps ile yavaşça gömün. (B) Stigma diseksiyonunun adımları. Pistil'i (tozlaşan <1 saat önce) çift taraflı bant üzerine sabitleyin ve stil-yumurtalık bağlantısında bir tıraş bıçağı ile kesin (Adım 6). Stigmayı septumun yanında bir insülin iğnesi ile agar ortamına yerleştirin ve mesafeyi yaklaşık 250 μm'ye ayarlayın (Adım 7-8). Mikropillerin ve stillerin tabanının etrafında yarı sıvı bir havuz oluştuğundan emin olun (Adım 9). Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
5. Stigma diseksiyonu
6. Görüntüleme
Şekil 3: SIV cum septum görüntüleme şeması. (A) Bir stereoskoptan görüldüğü gibi, 12 tozlaşmış stigma ve 3 septa ile tam SIV cum septum kurulumu. (B) İnkübasyondan 5 saat sonra A'da görülen tam SIV cum septum kurulumunun birleştirilmiş görüntüleri, 10x hedefi kullanılarak, beş genel bakış alanı (her biri ~ 1 mm) çok aşamalı edinim için işaretlenmiştir. Yeşil kutular, sinerjilerde patlayıcı bir patlamaya maruz kalan polen tüplerini alan ovülleri göstermektedir. (C) Farklı zaman noktalarında genel bakış alanı 2'nin daha yakından görünümü. Mikroskoptaki nem odasında inkübe edildikten yaklaşık 3 saat sonra, polen tüpleri mikropillerin yanına gelmeli ve 6 saatlik görüntüleme ile çoğu ovül polen tüplerini (yeşil kareler) uygun şekilde almış olmalıdır; Bu yumurtalar daha sonra patlayıcı polen tüpü patlamasına (yıldız işareti) maruz kalır. Ölçek çubukları = (A) 5 mm, (B,C) 500 μm. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Arabidopsis'teki polen tüpü rüptürüne göre alıcı sinerjideki nükleer dejenerasyonun zamanlamasını değerlendirmek ve sol veya sağ sinergidin alıcı sinergid olmaya önceden belirlenmiş olup olmadığını gözlemlemek için, burada açıklanan SIV cum septum yöntemi, bir sinergid sitozolik belirteç (pFG: septum donörü olarak roGFP2-ORP1-NLS, pMYB98:roGFP2-ORP1) ve polen donörü olarak bir erkek gametofit belirteci (pLAT52:R-GECO). Septa ve tozlaşmış stigmalar, pro...
Bu yazı, Arabidopsis'te polen tüpü alımı ve çift döllenmenin görüntülenmesinde etkili bir protokol sunmaktadır. Geliştirilmiş yöntem olan SIV cum septum, görüntüleme seansı başına gözlemlenebilen başarılı polen tüpü alım olaylarının yüzdesini ve toplam sayısını büyük ölçüde artırır. Burada gösterilen temsili sonuçlar, 41 başarılı polen tüpü alım olayı ve alım kusurları gösteren 10 ovül (~% 80 verimlilik) içeren bir görüntüleme seansını gösterme...
Yazarlar çıkar çatışması olmadığını bildirmektedir.
Sara Simonini ve Stefano Bencivenga'ya pFG:roGFP2-ORP1-NLS yapısını bağışladıkları için ve Christof Eichenberger, Johann Almendinger, Vincent Sutter ve Celia Baroux'ya mikroskopi konusundaki tavsiyeleri için teşekkür ederiz. Ravi Palanivelu, Philipp Denninger, Sharon Kessler, Mark Johnson, Tomokazu Kawashima ve Uluslararası Cinsel Bitki Üreme Konferansı 2022'de SIV cum septum ile ilgili bir protokole ilgi gösteren herkesin tavsiyelerini kabul ediyoruz. Bu çalışma Zürih Üniversitesi tarafından desteklendi ve İsviçre Ulusal Bilim Vakfı'ndan ABD'ye hibe edildi.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 mm glass slide | Epredia | 16211551 | |
35 mm glass bottom dish (14 mm well) | Mattek | P35G-1.5-14-C | |
Calcium Chloride | Roth | CN93.1 | |
Columbia (Col-0) | Nottingham Arabidopsis Stock Centre (NASC) | stigma donor | |
Dissecting Scope | Olympus | SZX2-ILLT | |
Insulin needle (0.3 G) | BD | 304000 | |
Landsberg erecta (Ler-0) | Nottingham Arabidopsis Stock Centre (NASC) | septum donor | |
Magnesium Sulfate | Merck | 5886 | |
Potassium Chloride | Roth | 6781.1 | |
Razor blade | Beldura | 7026797 | |
Scotch double sided tape | Scotch | 768720 | Less thick and good for stigma dissection |
Sodium Chloride | Roth | 3957.1 | |
Sucrose | ITW reagents | A2211,1000 | |
Tesa double sided tape | Tesa | 05681-00018 | Very sticky and good for septum dissection |
Ultra low gelling temperature agarose | FMC SeaPrep | 50302 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır