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

Мы благодарим Филипп Denninger за помощь в подготовке и видео Bhavna Чаудхури для обеспечения завода линии, экспрессирующие ладу датчиков. Эта работа была поддержана грантами от Национального научного фонда (MCB 1021677), Министерство энергетики (DE-FG02-04ER15542) в WBF, Национальные институты здравоохранения и Медицинского института Говарда Хьюза в SRQGG была поддержана EMBO долго срок общения. ММ при поддержке Фонда Александра фон Гумбольдта.

<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>

Нет конфликта интересов объявлены.

Основные преимущества RootChip сравнению с традиционными методами роста малоинвазивных подготовки к микроскопии, способность обратимо и неоднократно менять корневой окружающей среды и потенциала для непрерывного наблюдения за умственно компетентный и физиологически здоровых тканей в течение нескольких дней. Ранее, саженцы были выращены вертикально геля средств массовой информации и передается перфузии системы непосредственно перед экспериментом, который разрешен только одно измерение корнями в то время 8. Микрофлюидных средства были использованы для Arabidopsis, но на низком уровне интеграции 9 или без перфузии управления 10. RootChip сочетает в себе высокий уровень интеграции с возможностью автоматизации экспериментов по точным руководством потока. Еще одним преимуществом этой платформы, характерные для всех микрожидкостных устройств 11, в том, что только минимальное количество жидкости, необходимый для питания корневой необходимые гайкиrients, даже эксперименты на протяжении нескольких дней. RootChip В настоящее время разработана в качестве одноразовых устройств, но, поскольку издержки производства чипов низки, небольшое количество потребляемых реагентов делает чип еще очень рентабельным. Есть несколько важных шагов, которые необходимо предпринять, чтобы гарантировать здоровье рассады: Объем в пластиковых конусов составляет всего 3-4 мкл, который начнет сохнуть на воздухе. Поэтому очень важно, что конусы передаются на чип быстрее и влажность сохраняется высоким до корней достигли камер наблюдения, которые будут снабжать их достаточным количеством воды. Шаги 4,2 до 4,5 должна быть выполнена быстро и без перерывов, чтобы предотвратить высыхание саженцев. Шаги 3,5 - 3,8 описывают инкубации чипов в жидких средах, в течение которого корни растут в наблюдение камер. Этот шаг может быть пропущен по установке чипа в сarrier немедленно и начать постоянный перфузии питательной среды. Тем не менее, мы рекомендуем замачивания в питательную среду ночью, так как он имеет ряд преимуществ: 1) она создает влажную среду, поэтому саженцы имеют меньше шансов стать сухой, как они растут в камере наблюдения, 2) чип замачивают в жидкости, так дегазации (шаг 6.4) будет быстрее. Важно использовать средства массовой информации с низкой концентрацией растворенного вещества. Более концентрированные растворы могут ускорить и закупоривают каналы, особенно, если чип используется в течение нескольких дней. Когда устройство подключено к линии давления, расхода среднего регулируется путем изменения гидравлического давления в клапанах. Для обеспечения надлежащего закрытия микромеханических клапаны, важно выбрать контроля давления, что примерно в три раза выше, чем давление потока. Давление потока не должна превышать 15 фунтов на квадратный дюйм, как жидкость будет выталкиваться из коренных заливов. Более высокие давления мау вызвать отслоение чипе, что делает чип из строя. Ограничение RootChip в том, что PDMS является пористым и гидрофобные. В то время как материал практически инертны к водным растворам, он может поглощать органические соединения 12. Это может помешать быстрому обмену решениями, органические соединения могут вылиться из материала, даже если поставки этого препарата была остановлена ​​на входе. В связи с пористостью, с использованием органических растворителей может вызвать отек PDMS 12. Мы продолжаем оптимизировать и расширить RootChip его полезность, например, с корней культурных растений. Мы считаем, что улучшение доступа к корневым для лечения и наблюдения, микрофлюидных инструменты, такие как RootChip откроет новые размеры корневой исследований.

<table border="1"><tbody><tr><td> Товары </td><td> Источник </td><td> Информация </td></tr><tr><td> Чип носителя, программного обеспечения и другой информации. </td><td> Карнеги - DPB </td><td> САПР и ЧПУ файлы для изготовления носителя, контроллера программного обеспечения и дополнительная информация доступны для загрузки с веб-сайта <a href="http://dpb.carnegiescience.edu/technology/rootchip" target="_blank">http://dpb.carnegiescience.edu/technology/rootchip</a> Перевозчики также можно заказать на этом сайте. </td></tr><tr><td> RootChip </td><td> Стэнфордский Литейное </td><td> Маска дизайн и изготовление протоколов предоставляются по запросу. Готовые к использованию RootChips можно заказать <a href="http://www.stanford.edu/group/foundry/" target="_blank">http://www.stanford.edu/group/foundry/</a> </td></tr><tr><td> Чип контроллера </td><td> , Дом построен,</td><td> Автоматизированная система контроллер клапан был разработан компанией Rafael Гомес-Шеберг, Lawrence Berkeley National Lab. Подробные инструкции, как построить свой ​​собственный контроллер приводом клапанов можно найти на <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

Корневых функций, как физическое якорь завода и является органом, ответственным за поглощение воды и минеральных питательных веществ, таких как азот, фосфор, сульфат-и микроэлементов, что растения получают от почвы. Если мы хотим развивать устойчивые подходы к производству высокий урожай, мы должны лучше понять, как корень развивается, занимает широкий спектр питательных веществ, и взаимодействует с симбиотических и патогенных организмов. Для достижения этих целей, мы должны быть в состоянии исследовать корни в микроскопических деталей на сроки от нескольких минут до нескольких дней. Мы разработали RootChip, полидиметилсилоксана (PDMS) - на основе микрофлюидных устройство, которое позволяет нам расти и изображение корни саженцев Arabidopsis избегая любой физической нагрузки на корнях при подготовке изображений 1 (рис. 1). Устройство содержит раздвоенные структуры канала с участием микромеханических клапаны для направления потока жидкостиРешение от входов в каждой из восьми камер наблюдения 2. Эта система позволяет перфузии корень микросреды необходимо контролировать и модифицировать с точностью и скоростью. Объем камеры составляет около 400 нл, что требует минимального количества исследуемого раствора. Ниже мы предлагаем подробный протокол для изучения биологии в корень RootChip использование изображений подходы с реальным разрешением по времени. Корни могут быть проанализированы в течение нескольких дней с помощью микроскопа промежуток времени. Корни можно будет озарен питательных растворов или ингибиторов, и до восьми саженцы могут быть проанализированы параллельно. Эта система обладает потенциалом для широкого спектра приложений, в том числе анализ роста корней в присутствии или отсутствии химических веществ, флуоресценция основе анализа экспрессии генов, а также анализ биосенсоров, например FRET-наносенсоров 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

Эта статья предусматривает протокол для выращивания рассады в Arabidopsis RootChip, микрофлюидных платформы визуализации, которая сочетает в себе автоматизированного контроля условий роста микроскопических мониторинга корня и FRET-измерительные внутриклеточных метаболитов.

Замедленной флуоресценции от роста корней арабидопсиса с быстрой манипуляции Корень окружающей среды Использование 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

Демонстрация Использование Роман спектрометр группы Гравитационные Протянуть и Мере волокнистых белков

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

Axon Stretch Рост: механотрансдукции нейронных рост

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

Золото Nanostar Синтез с опосредованная Серебряный Метод роста Семени

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

Создание клей и растворимых Градиенты для работы с изображениями миграции клеток с флуоресцентной микроскопии

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

Образец коррекция дрейфа После 4D конфокальной Покадровый Визуализация

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 Орбитальная слежения в модифицированной двухфотонного микроскопа: Приложение к отслеживая внутриклеточного везикулы

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

Изображения корневого волоска морфология Arabidopsis саженцев в два слоя Microfluidic платформа

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

Проведение нескольких режимов изображения с одной флуоресцентным микроскопом

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

Непрерывное измерение биологического шума в Escherichia Coli с использованием замедленной микроскопии

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

Биомиметическая репликация микроструктуры поверхности корня с использованием изменения мягкой литографии

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