Name: time-lapse fluorescence imaging of arabidopsis root growth with rapid manipulation of the root environment using the rootchip
Uploaded: 2012-07-07T11:00:00
Duration: 13 min 54 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Time-lapse Fluorescence Imaging of Arabidopsis Root Growth with Rapid Manipulation of The Root Environment Using The RootChip at JoVE.com

نشكر فيليب Denninger للمساعدة في إعداد الفيديو وشودري Bhavna لتوفير خطوط مصنع معربا عن تأكل أجهزة الاستشعار. وأيد هذا العمل من المنح المقدمة من مؤسسة العلوم الوطنية (MCB 1021677)، وزارة الطاقة (DE-FG02-04ER15542) لWBF، والمعاهد الوطنية للصحة، ومعهد هوارد هيوز الطبي لSRQGG كان مدعوما من قبل فترة طويلة EMBO الأجل الزمالة. وأيد MM من قبل مؤسسة الكسندر فون همبولت.

<ol>
	<li>Grossmann, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+RootChip:+An+Integrated+Microfluidic+Chip+for+Plant+Science.">The RootChip: An Integrated Microfluidic Chip for Plant Science.</a> Plant Cell. 23, 4234-4240 (2011).</li><li>Unger, M. A., Chou, H. P., Thorsen, T., Scherer, A., Quake, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monolithic+microfabricated+valves+and+pumps+by+multilayer+soft+lithography.">Monolithic microfabricated valves and pumps by multilayer soft lithography.</a> Science. 288, 113-116 (2000).</li><li>Okumoto, S., Jones, A., Frommer, W. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+Imaging+with+Fluorescent+Biosensors:+Advanced+Tools+for+Spatiotemporal+Analysis+of+Biodynamics+in+Cells.">Quantitative Imaging with Fluorescent Biosensors: Advanced Tools for Spatiotemporal Analysis of Biodynamics in Cells.</a> Annu. Rev. Plant Biol. , (2012).</li><li>Loqu&#233;, D., Lalonde, S., Looger, L. L., von Wir&#233;n, N., Frommer, W. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+cytosolic+trans-activation+domain+essential+for+ammonium+uptake.">A cytosolic trans-activation domain essential for ammonium uptake.</a> Nature. 446, 195-198 (2007).</li><li>Okumoto, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+approach+for+monitoring+cellular+metabolites+and+ions+using+genetically+encoded+biosensors.">Imaging approach for monitoring cellular metabolites and ions using genetically encoded biosensors.</a> Curr. Opin. Biotechnol. 21, 45-54 (2010).</li><li>Fehr, M., Frommer, W. B., Lalonde, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+of+maltose+uptake+in+living+yeast+cells+by+fluorescent+nanosensors.">Visualization of maltose uptake in living yeast cells by fluorescent nanosensors.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 99, 9846-9851 (2002).</li><li>Takanaga, H., Chaudhuri, B., Frommer, W. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=GLUT1+and+GLUT9+as+major+contributors+to+glucose+influx+in+HepG2+cells+identified+by+a+high+sensitivity+intramolecular+FRET+glucose+sensor.">GLUT1 and GLUT9 as major contributors to glucose influx in HepG2 cells identified by a high sensitivity intramolecular FRET glucose sensor.</a> Biochim. Biophys. Acta. 1778, 1091-1099 (2008).</li><li>Chaudhuri, B., Hörmann, F., Frommer, W. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+imaging+of+glucose+flux+impedance+using+FRET+sensors+in+wild-type+Arabidopsis+plants.">Dynamic imaging of glucose flux impedance using FRET sensors in wild-type Arabidopsis plants.</a> J. Exp. Bot. 62, 2411-2417 (2011).</li><li>Meier, M., Lucchetta, E. M., Ismagilov, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+stimulation+of+the+Arabidopsis+thaliana+root+using+multi-laminar+flow+on+a+microfluidic+chip.">Chemical stimulation of the Arabidopsis thaliana root using multi-laminar flow on a microfluidic chip.</a> Lab Chip. 10, 2147-2153 (2010).</li><li>Parashar, A., Pandey, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plant-in-chip:+Microfluidic+system+for+studying+root+growth+and+pathogenic+interactions+in+Arabidopsis.">Plant-in-chip: Microfluidic system for studying root growth and pathogenic interactions in Arabidopsis.</a> Appl. Phys. Lett. 98, 263703-26 (2011).</li><li>Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+origins+and+the+future+of+microfluidics.">The origins and the future of microfluidics.</a> Nature. 442, 368-373 (2006).</li><li>Lee, J. N., Park, C., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solvent+Compatibility+of+Poly(dimethylsiloxane)-Based+Microfluidic+Devices.">Solvent Compatibility of Poly(dimethylsiloxane)-Based Microfluidic Devices.</a> Anal. Chem. 75, 6544-6554 (2003).</li></ol>

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

المزايا الرئيسية لأكثر من وسائل النمو RootChip التقليدية هي إعداد مينيملي للفحص المجهري، والقدرة على عكسية مرارا وتكرارا تغيير البيئة الجذرية، والقدرة على المراقبة المستمرة للأنسجة المختصة انمائيا وصحي من الناحية الفسيولوجية على مدى عدة أيام. سابقا، كانت تزرع الشتلات عموديا على وسائل الإعلام تبلور وتحويلها إلى نظام نضح فورا قبل التجربة، والتي سمح فقط قياس جذور واحدة في وقت واحد 8. وقد استخدمت أدوات ميكروفلويديك لArabidopsis، ولكن على مستوى منخفض التكامل 9 أو بدون مراقبة نضح 10. وRootChip يجمع على مستوى عال من التكامل، مع القدرة على أتمتة التجارب من خلال توجيه تدفق دقيق. ميزة أخرى من هذا المنبر، سمة من جميع أجهزة ميكروفلويديك 11، هو أن هناك حاجة إلى كميات ضئيلة فقط من سائل لتزويد جذر مع الجوز ضروريrients، حتى بالنسبة للتجارب التي تمتد عدة أيام. تم تصميم حاليا RootChip كجهاز تستخدم مرة واحدة، ولكن نظرا لأن تكاليف إنتاج رقائق منخفضة، وكميات صغيرة من الكواشف المستهلكة يجعل من رقاقة جدا لا تزال فعالة من حيث التكلفة. هناك بضع خطوات الحاسمة التي يجب اتخاذها لضمان صحة والشتلات: وحدة التخزين في المخاريط البلاستيكية غير ميكروليتر فقط 3-4، والتي سوف تبدأ لتجف عند تعرضها للهواء. وبالتالي فمن الأهمية بمكان أن يتم نقل المخاريط على الرقاقة بسرعة ويتم الاحتفاظ بها رطوبة عالية حتى الجذور قد وصلت إلى غرف المراقبة، والتي سوف تزويدها كميات كافية من المياه. يجب أن يتم تنفيذ الخطوات 4،2-4،5 بسرعة ودون انقطاع لمنع جفاف الشتلات. خطوات 3،5-3،8 وصف حضانة للرقاقة في وسائل الإعلام السائلة خلالها جذور تنمو في غرف المراقبة. قد يتم تخطي هذه الخطوة من قبل تركيب شريحة في جarrier فورا والبدء نضح مستمر مع متوسط ​​نمو. ومع ذلك، نوصي تمرغ في متوسط ​​نمو بين عشية وضحاها، كما أنها لديها بعض المزايا: 1) أنه يخلق بيئة رطبة وبالتالي فإن الشتلات هم أقل عرضة لتصبح المجفف لأنها تنمو في غرفة المراقبة، 2) وغارقة في رقاقة في السائل، وذلك وسوف التفريغ (الخطوة 6.4) يكون أسرع. من المهم استخدام وسائل الإعلام مع تركيز المذاب منخفضة. قد تكون الحلول أكثر تركيزا ويعجل تسد القنوات، وخاصة إذا تم استخدام رقاقة على مدى عدة أيام. بمجرد توصيل الجهاز إلى خط ضغط الهواء، ويتم التحكم في تدفق المتوسطة من خلال تغيير الضغط الهيدروليكي في الصمامات. لضمان إغلاق السليم للصمامات الميكرو ميكانيكية، من المهم اختيار ضغط الرقابة التي هي نحو ثلاثة أضعاف ضغط التدفق. ينبغي للضغط تدفق لا تزيد عن 15 رطل كما سيتم دفع السوائل من مداخل الجذر. ارتفاع الضغوط أماهذ أيضا أن يسبب التبطين للرقاقة، مما يجعل غير صالحة للاستعمال رقاقة. وجود قيود على RootChip هو أن PDMS يسهل اختراقها ومسعور. في حين أن مادة خاملة عمليا إلى المحاليل المائية، قد امتصاص المركبات العضوية 12. وهذا يمكن أن تتداخل مع التبادل السريع للحلول والمركبات العضوية قد تسرب من المادة حتى عندما تم إيقاف العرض من هذا المركب على مدخل. بسبب المسامية، قد تستخدم المذيبات العضوية يسبب تورم في PDMS 12. نستمر في تحسين وتوسيع RootChip فائدتها، على سبيل المثال مع جذور نباتات المحاصيل. ونحن نعتقد أن من خلال تحسين الوصول إلى جذر لعلاج والمراقبة، وأدوات ميكروفلويديك مثل RootChip سوف تفتح أبعادا جديدة للبحث جذر.

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> البنود </td><td> مصدر </td><td> معلومات </td></tr><tr><td> الناقل رقاقة، والبرمجيات وغيرها من المعلومات. </td><td> مؤسسة كارنيجي - DPB </td><td> CAD والتصنيع باستخدام الحاسب الآلي الملفات لتصنيع الناقل، والبرمجيات، وتحكم على مزيد من المعلومات غير متوفرة للتنزيل من موقع <a href="http://dpb.carnegiescience.edu/technology/rootchip" target="_blank">http://dpb.carnegiescience.edu/technology/rootchip</a> يمكن أيضا لشركات الاتصالات أن يؤمر من هذا الموقع. </td></tr><tr><td> RootChip </td><td> ستانفورد مسبك </td><td> قناع التصاميم والبروتوكولات تلفيق متاحة عند الطلب. ويمكن طلب الجاهزة للاستخدام من RootChips <a href="http://www.stanford.edu/group/foundry/" target="_blank">http://www.stanford.edu/group/foundry/</a> </td></tr><tr><td> رقاقة تحكم </td><td> المنزل مدمجة</td><td> وقد وضعت في الأصل وحدة تحكم صمام النظام الآلي من قبل رافائيل غوميز سيوبيرج، مختبر لورانس بيركلي الوطني. ويمكن الاطلاع على تعليمات مفصلة كيفية بناء الخاصة بك وحدة تحكم صمام دفعتها في <a href="https://sites.google.com/a/lbl.gov/microfluidics-lab/valve-controllers" target="_blank">https://sites.google.com/a/lbl.gov/microfluidics-lab/valve-controllers</a> </td></tr></tbody></table>

time-lapse fluorescence imaging of arabidopsis root growth with rapid manipulation of the root environment using the rootchip

وظائف الجذر كما المرساة المادية للمصنع، وهي الهيئة المسؤولة عن امتصاص المواد الغذائية والمياه المعدنية مثل عناصر النيتروجين والفوسفور والكبريت والتتبع أن النباتات الحصول من التربة. إذا كنا نريد لوضع نهج مستدامة لإنتاج عالية المحصول، ونحن بحاجة إلى فهم أفضل لكيفية تطور الجذر، يتناول مجموعة واسعة من المواد الغذائية، ويتفاعل مع الكائنات التكافلية والمسببة للأمراض. لتحقيق هذه الأهداف، نحن بحاجة إلى أن تكون قادرة على استكشاف جذور بالتفصيل المجهرية على مدى فترات زمنية تتراوح ما بين دقائق إلى أيام. قمنا بتطوير RootChip، وهو polydimethylsiloxane (PDMS) - جهاز ميكروفلويديك القائم، والذي يسمح لنا أن تنمو والجذور صورة من الشتلات Arabidopsis مع تجنب أي الاجهاد البدني إلى الجذور خلال التحضير لتصوير 1 (الشكل 1). الجهاز يحتوي على هيكل قناة مشقوقة يضم صمامات الميكرو ميكانيكية لتوجيه تدفق السوائلمن مداخل حل كل دائرة من الدوائر المراقبة 8 2. هذا النظام نضح يسمح تسيطر على المكروية الجذرية وتعديل مع الدقة والسرعة. حجم الدوائر على نحو 400 NL، مما يتطلب سوى كميات ضئيلة من محلول الاختبار. هنا نقدم بروتوكول مفصل لدراسة علم الأحياء الجذر على RootChip باستخدام التصوير النهج القائمة مع القرار في الوقت الحقيقي. ويمكن تحليل الجذور على مدى عدة أيام باستخدام المجهر مرور الوقت. ويمكن perfused الجذور مع حلول المغذيات أو مثبطات، ويمكن تحليل ما يصل الى ثمانية الشتلات في نفس الوقت. هذا النظام لديه القدرة لمجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك تحليل نمو الجذور في وجود أو عدم وجود المواد الكيميائية، ومضان التحليل القائم على التعبير الجيني، وتحليل أجهزة الاستشعار، على سبيل المثال الحنق nanosensors 3.

Watch this Scientific Journal Video about Time-lapse Fluorescence Imaging of Arabidopsis Root Growth with Rapid Manipulation of The Root Environment Using The RootChip at JoVE.com

Time-lapse Fluorescence Imaging of Arabidopsis Root Growth with Rapid Manipulation of The Root Environment Using The RootChip

تنص هذه المادة على بروتوكول للزراعة شتلات Arabidopsis في RootChip، منصة التصوير ميكروفلويديك الذي يجمع بين التحكم الآلي من شروط النمو مع مراقبة جذر المجهرية والحنق القائم على قياس مستويات الأيض داخل الخلايا.

الوقت الفاصل بين التصوير الإسفار من نمو الجذور Arabidopsis مع التلاعب السريع للبيئة الجذر باستخدام RootChip

The root functions as the physical anchor of the plant and is the organ responsible for uptake of water and mineral nutrients such as nitrogen, ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Demonstrating the Uses of the Novel Gravitational Force Spectrometer to Stretch and Measure Fibrous Proteins

مما يدل على استخدامات مطياف الرواية قوة الجاذبية على التمدد وقياس البروتينات الليفية

The study of macromolecular structure has become critical to the elucidation of molecular mechanisms and function. There are several limited, but ...

Axon Stretch Growth: The Mechanotransduction of Neuronal Growth

محوار النمو الإمتداد : إن Mechanotransduction من نمو الخلايا العصبية

During pre-synaptic embryonic development, neuronal processes traverse short distances to reach their targets via growth cone. Over time, neuronal somata ...

Gold Nanostar Synthesis with a Silver Seed Mediated Growth Method

الذهب Nanostar التجميعي مع أسلوب بذور فضة النمو وساطة

The physical, chemical and optical properties of nano-scale colloids depend on their material composition, size and shape 1-5. There is a great interest ...

Creating Adhesive and Soluble Gradients for Imaging Cell Migration with Fluorescence Microscopy

إنشاء تدرجات لاصق وقابل للذوبان للهجرة الخليوي مع التصوير مضان المجهري

Cells can sense and migrate towards higher concentrations of adhesive cues such as the glycoproteins of the extracellular matrix and soluble cues such as ...

Sample Drift Correction Following 4D Confocal Time-lapse Imaging

عينة تصحيح الانجراف بعد 4D متحد البؤر التصوير الوقت الفاصل

The generation of four-dimensional (4D) confocal datasets; consisting of 3D image sequences over time; provides an excellent methodology to capture ...

3D Orbital Tracking in a Modified Two-photon Microscope: An Application to the Tracking of Intracellular Vesicles

3D تتبع المداري في التعديل المجهر ثنائي الفوتون: دراسة تطبيقية على تتبع من بين الخلايا الحويصلات

The objective of this video protocol is to discuss how to perform and analyze a three-dimensional fluorescent orbital particle tracking experiment using a ...

Imaging the Root Hair Morphology of Arabidopsis Seedlings in a Two-layer Microfluidic Platform

Imaging the Root Hair Morphology of Arabidopsis Seedlings in a Two-layer Microfluidic Platform

التصوير مورفولوجيا الجذر الشعر شتلات نبات في منصة موائع جزيئية طبقتين

Root hairs increase root surface area for better water uptake and nutrient absorption by the plant. Because they are small in size and often obscured by ...

Conducting Multiple Imaging Modes with One Fluorescence Microscope

إجراء وسائط تصوير متعددة مع واحد Fluorescence المجهر

Fluorescence microscopy is a powerful tool to detect biological molecules in situ and monitor their dynamics and interactions in real-time. In addition to ...

Continuous Measurement of Biological Noise in Escherichia Coli Using Time-lapse Microscopy

Continuous Measurement of Biological Noise in Escherichia Coli Using Time-lapse Microscopy

القياس المستمر للضوضاء البيولوجية في الإشريكية القولونية باستخدام المجهر الفاصل الزمني

The protocol developed here offers a tool to enable computer tracking of Escherichia coli division and fluorescent levels over several hours. The process ...

Biomimetic Replication of Root Surface Microstructure using Alteration of Soft Lithography

محاكاة حيوية النسخ المتماثل من الجذر السطح المجهري باستخدام تغيير من الطباعة الحجرية لينة

Biomimetics is the use of chemistry and material sciences to mimic biological systems, specifically biological structures, to better humankind. Recently, ...