chlorophyll fluorescence measurement and analysis in arabidopsis seedlings using the ireencam system

Arabidopsis Fidesinde Klorofil Biyosentezinin Yüksek Çözünürlüklü Görüntülenmesi

De-etiolation represents the most dramatic phase in the plant life cycle, characterized by a number of morphological changes and complete rearrangement of plant metabolism (from hetero- to auto-tropic)1. Chlorophyll biosynthesis is a hallmark of light-induced de-etiolation in plants and a very dynamic process. Formation of chlorophyll from dark-produced precursor protochlorophyllide must be tightly coordinated to avoid damage due to reactive byproducts2. The protochlorophyllide reduction to chlorophyllide is catalyzed by light-dependent protochlorophyllide oxidoreductases (PORs), unique enzymes activated directly by light. The reaction is very fast, taking place in the order of ms to s3, leading to recognizable chlorophyll accumulation within minutes after etiolated seedling irradiation4,5,6. More time (from hours to days) is required for chloroplast biogenesis to establish a fully functional photosynthetic apparatus3.
Various methods exist to analyze chlorophyll content, including high-performance liquid chromatography (HPLC) or spectrophotometry. Usually, these techniques demand the destruction of plant tissue4,5,6, restricting the determination of changes in chlorophyll levels over time. Methods allowing non-invasive chlorophyll kinetics establishment may open a whole new perspective to study plants in diverse aspects ranging from fundamental research questions, such as analyzing the process of chlorophyll synthesis in time and space, to more practical applications, such as assessment of stress tolerance or effect of biostimulants on the chlorophyll kinetics. Considering this, we introduced a system for monitoring chlorophyll formation, iReenCAM7. It incorporates a CCD camera, emission filters, light sources, and a pipeline for automated fluorescence analysis (Figure 1). The main feature of the developed device is high spatial and temporal resolution, outperforming in the parameters used in current approaches, and sufficient sensitivity and specificity when compared with standard analytical methods7.
The non-invasive procedure described here requires minimum reagents and comprises simple steps, allowing to obtain a chlorophyll kinetics profile in living Arabidopsis seedlings during very early stages of de-etiolation. The protocol can be useful for the study of highly dynamic process of chlorophyl synthesis influenced by number of factors, both exogenous (salt, drought, biostimulants, heavy metals, etc.) and endogenous (typically associated with changes in the gene activity) in origin without a need to detach any plant tissue, thus avoiding additional stress.

Yazar Spotlight: De-etiolasyon sırasında klorofil sentezinin non-invaziv yüksek çözünürlüklü ölçümü

Arabidopsis De-etiolasyonunun Erken Aşamalarında Klorofil Biyosentez Kinetiğinin Belirlenmesi için Non-İnvaziv Test

Chlorophyll synthesis is a highly dynamic process. Therefore, the ability to measure it with high time and spatial resolution is necessary. We are proposing a highly accurate method that allows us to trace chlorophyll synthesis in vivo during the first hours of de-etiolation.Normally, chlorophyll is measured by high performance liquid chromatography or spectrophotometry. Also, new optical methods are being proposed for chlorophyll measurement. Chlorophyll synthesis is a very fast process that is triggered by minute traces of light in order of seconds.Recent approaches are mostly invasive, require tissue disintegration, making it difficult to accurately quantify the highly dynamic process of chlorophyll biosynthesis as sufficient time resolution, We were able to determine chlorophyll kinetics in living etiolated seedlings after the first pulse of light, and during the next four hours with high time and spatial resolution. The high precision and statistical robustness of our approach allowed us to study the effects of various factors during individual stages of de-etiolation. It is a non-invasive method with high accuracy and spatial resolution, opening new opportunities for further research, including studies of the possible impact of stress or biostimulants.Thanks to its relatively high throughput, it can also be used in forward genetics to clarify the highly complex process of plant de-etiolation.

iReenCAM Sistemi Kullanılarak Arabidopsis Fidelerinde Klorofil Floresan Ölçümü ve Analizi

Başlamak için iReenCAM sistemini açın ve sistemin otomatik olarak başlatılan PS sunucu yazılımında doğru yapılandırıldığından emin olun. Zamanlayıcı yazılımını etkinleştirin, ardından ölçüm için deney planı oluşturmak üzere Denemeler'e ve ardından Yeni Deneme'ye tıklayın. Deneme için açıklayıcı bir ad girin ve ayrıntıları doldurun.Tek plaka ölçümünü planlamak ve ölçüm tarihlerini kontrol etmek için Eylem Ekle'ye tıklayın. Ölçüm turları arasındaki zaman aralıklarını tanımlamak için Liste Oluştur'a tıklayın. Her tur için başlangıç ve bitiş zamanını ve turlar arasındaki aralıkları seçin.Oluştur'a tıkladıktan sonra, ekranın sol tarafında oluşturulan listeden ışık darbeleri arasındaki zaman dilimini ve aralıkları gözden geçirin. Ölçüm protokolünü seçin ve tüm değişiklikleri ileride başvurmak üzere veritabanına kaydedin. Ölçümden hemen önce, dört günlük arabidopsis fidelerini içeren Petri plakasını kaplayan alüminyum folyoyu dikkatlice çıkarın.Plakayı ölçüm odasının içine yatay olarak yerleştirin. Ölçüm için önceden ayarlanan tarih ve saate bağlı olarak, aktinik ışık darbeleri haznede otomatik olarak indüklenir. Zamanlayıcıda ilk turun zamanında yapılıp yapılmadığını kontrol edin.Gerçekleştirilen tur Tamam" durumuna sahip olmalıdır ve diğerleri Beklemede. Klorofil ölçümleri için fidelerin floresan görüntülemesi, gerçekleştirilen her turun bir sonucu olarak otomatik olarak oluşturulacaktır.

Research

JoVE Journal

Biology

Chlorophyll Fluorescence Measurement and Analysis in Arabidopsis Seedlings Using the iReenCAM System

Non-invasive Assay for Chlorophyll Biosynthesis Kinetics Determination during Early Stages of Arabidopsis De-etiolation

Chlorophyll biosynthesis is a hallmark of de-etiolation, one of the most dramatic stages in the plant life cycle. The tightly controlled and highly ...

Biyoloji

Arabidopsis thaliana Seed Surface Sterilization and Cultivation in Growth Chamber

Arabidopsis thaliana Tohum Yüzey Sterilizasyonu ve Büyüme Odasında Yetiştirme

Data Extraction and Analysis of Chlorophyll Fluorescence in Arabidopsis Seedlings

Arabidopsis Fidelerinde Klorofil Floresansının Veri Ekstraksiyonu ve Analizi