Name: geomagnetic field (gmf) and plant evolution: investigating the effects of gmf reversal on arabidopsis thaliana development and gene expression
Uploaded: 2015-11-30T17:00:00
Duration: 11 min 4 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Geomagnetic Field Gmf and Plant Evolution: Investigating the Effects of Gmf Reversal on Arabidopsis thaliana Development and Gene Expression at JoVE.com

This work was supported by a grant to MEM from the Dept. of Life Sciences and Systems Biology of the University of Turin, Italy. The authors thank G. Gnavi for technical assistance during some experiments. CTR is funded by the Wellcome Trust and the Royal Society (Grant Number 098436/Z/12/Z).

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The authors have nothing to disclose.

हमने हाल ही में एक अद्भुत सह-संबंध GMF reversals और पारिवारिक जाने वाली आवृत्तबीजी प्रजातियों में से अधिकांश के मोड़ 2 हुआ जब समय के बीच मौजूद है कि पता चला है। हालांकि, GMF उलट खुद को संयंत्र जीन अभिव्यक्ति और आकृति विज्ञान में महत्वपूर्ण परिवर्तन उत्पन्न हो सकता है कि उत्तेजक परिकल्पना और विविध GMF तीव्रता के प्रभाव पर अध्ययन की अधिकता, धारणा के बावजूद प्रदर्शन किया गया कभी नहीं किया है। यहाँ हम पहली बार के लिए हमारी प्रयोगशाला में GMF रिवर्स करने के लिए एक त्रिअक्षीय अष्टकोणीय हेल्महोल्त्ज़ कुंडली का उपयोग करता है, और परिवेश के चुंबकीय क्षेत्र के उलट प्ररूपी परिवर्तन और पौधों में जीन की अभिव्यक्ति के मॉडुलन पैदा कर सकता है कि एक विधि दिखा। संयंत्र के विकास के प्रयोगों (2 एक्स 2 एक्स 2 एम 3) के लिए पर्याप्त मात्रा अधिक GMF उलट (या संशोधन) प्राप्त करने के लिए, हम एक अष्टकोणीय हेल्महोल्त्ज़ कुंडली प्रणाली का निर्माण किया। इस प्रणाली (आमतौर पर हेल्महोल्ट्ज़ कॉयल अंगूठी के आकार और छोटे होते हैं) व्यावसायिक रूप से उपलब्ध नहीं हैऔर निर्माण के लिए लागत काफी थे। महत्वपूर्ण बात है, इस प्रणाली के संशोधित चुंबकीय क्षेत्र में असाधारण समय-स्थिरता और एकरूपता के साथ मजबूत क्षेत्र संशोधन, बचाता है। प्रणाली सामान्य स्थिति की एक हजार वें GMF के मूल्य को कम करने के लिए या चुंबकीय क्षेत्र के तीन आयामों में से किसी को उल्टा करने के लिए बनाया गया है और बनाया गया है। हालांकि, कॉयल के डिजाइन एक उच्च चुंबकीय क्षेत्र ताकत उत्पन्न करने के लिए अनुमति नहीं है। इसलिए, मौजूदा स्वरूप में इस यंत्र पौधों या अन्य जीवों पर उच्च चुंबकीय क्षेत्र ताकत के प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए डिजाइन प्रयोगों के लिए उपयुक्त नहीं है। प्रयोगशाला में, इस विधि में वर्णित उन लोगों के लिए इसी तरह GMF के परिवर्तन चुंबकीय क्षेत्र विचलित और धातु के भीतर ही उन्हें ध्यान केंद्रित है, जो उच्च चुंबकीय पारगम्यता के साथ लौह धातु प्लेटें, द्वारा प्रायोगिक क्षेत्र के आसपास के द्वारा परिरक्षण सहित विभिन्न तरीकों से प्राप्त किया गया है। गुहेल्महोल्ट्ज़ कॉयल का उपयोग कर के ई लाभ प्रणाली इस प्रकार यह न केवल इन विट्रो अध्ययन के लिए (पेट्री डिश के उपयोग के साथ) के रूप में आदर्श है, लेकिन यह भी कर रही है, पौधों और अधिक प्राकृतिक परिस्थितियों (प्रकाश, हवा परिसंचरण, आदि) को उजागर करने की अनुमति देता है इन विवो पौधों की वृद्धि और विकास के प्रयोगों के लिए। हमारी प्रणाली के आयाम इस प्रकार कई पेट्री प्लेटों या कुछ छोटे मेजबानी करने के लिए अनुमति देता है, (चित्रा 1 ए देखें) एक 25 x 25 x 25 सेमी 3 गोलाकार मात्रा में प्राकृतिक GMF की &lt;1/1000 अप करने के लिए एक दमन की अनुमति देता है कि एक जगह बनाने पौधों की वृद्धि के लिए बर्तन। यहाँ प्रस्तुत विधि संयंत्र जीव विज्ञान के अध्ययन के लिए लागू किया गया है; हालांकि, इस प्रणाली विषाणु विज्ञान और सूक्ष्म जीव विज्ञान सहित प्रयोग की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए अनुमति देता है, साथ ही नेमाटोड (जैसे, Caenorhabditis एलिगेंस), arthropods और (चूहों और चूहों सहित) छोटे जानवरों पर अध्ययन करता है। इसलिए, परिकल्पना का परीक्षण GMF की कि उलट सक्षम हैरूपात्मक और ट्रांसक्रिप्शनल परिवर्तन भी शायद अंत में भी मानव कोशिकाओं के लिए, कई अन्य रहने वाले सिस्टम के लिए बढ़ाया जा सकता है, प्रेरित करने के लिए। GMF लगातार बदल रहा है और अस्थिर है। इसलिए, हमारे प्रयोगों में एक बड़ी चुनौती वांछित नई GMF मूल्यों को प्राप्त करने के क्रम में GMF की एक निरंतर मुआवजा प्रदान करना है। यह केवल magnetometer मूल्यों और वोल्टेज मुआवजे के पढ़ने के माध्यम से चुंबकीय क्षेत्र मूल्यों का एक सतत नियंत्रण के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। इसलिए, सिस्टम GMF का धीरे-धीरे बदलती हिस्सा क्षतिपूर्ति कर सकते हैं, लेकिन यह उच्च आवृत्ति उतार चढ़ाव के लिए कुछ भी नहीं है। अंत में, GMF वेक्टर रिवर्स करने के लिए त्रिअक्षीय कॉयल के उपयोग GMF वेक्टर के इस उलट संयंत्र रूपात्मक परिवर्तन और अंतर जीन अभिव्यक्ति के लिए प्रेरित करने में सक्षम है कि प्रदर्शन करने के लिए महत्वपूर्ण भूमिका निभाई थी। प्रस्तुत विधि के साथ प्राप्त परिणामों परिकल्पना कि GMF पुन के समर्थन में एक सम्मोहक सबूत प्रदानversals भूवैज्ञानिक timescales पर 2 संयंत्र विकास के लिए ड्राइविंग बलों में से एक हो सकता है।

पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र (या यों geomagnetic क्षेत्र, GMF) पौधों सहित ग्रह पर रहने वाले सभी जीवों के लिए एक अपरिहार्य पर्यावरणीय कारक है। GMF हमेशा पृथ्वी का एक स्वाभाविक विशेषता रही है, इसलिए विकास के दौरान, सभी जीवित जीवों अपनी कार्रवाई का अनुभव किया। सबूत के एक बढ़ती हुई शरीर GMF कई जैविक प्रक्रियाओं 1 को प्रभावित करने में सक्षम है कि पता चलता है। GMF एक समान नहीं है और पृथ्वी की सतह पर इसकी भयावहता और दिशा में महत्वपूर्ण स्थानीय मतभेद हैं। पृथ्वी की सतह पर GMF कम से कम 30 μT से लगभग 70 μT को लेकर परिमाण का एक व्यापक रेंज से पता चलता है। GMF magnetosphere 2 के माध्यम से अपने आरोप लगाया कणों के सबसे deflecting द्वारा सौर हवा के घातक प्रभाव से पृथ्वी और उसके जीवमंडल सुरक्षा करता है। पौधे पर्यावरण उत्तेजनाओं का जवाब; और इस तरह के प्रकाश और गुरुत्वाकर्षण के रूप में अजैविक कारकों को शास्त्रीय प्रतिक्रियाओं टी किया गया हैhoroughly तथाकथित phototropic और gravitropic प्रतिक्रियाओं को परिभाषित करने से वर्णन किया। बहुत कम, या कुछ भी नहीं, इस विषय पर प्रकाशित किया है और हाल ही में एक समीक्षा कागजात की अधिकता के बावजूद, धारणा और चुंबकीय क्षेत्र के लिए पौधों की प्रतिक्रियाओं के तंत्र पर जाना जाता है। गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के विपरीत, GMF जिससे हाल ही में विविधीकरण और प्रजातीकरण 2 संयंत्र के लिए योगदान दे अंततः एक संभावित प्रेरणा शक्ति माना गया है कि एक महत्वपूर्ण अजैव तनाव कारक का प्रतिनिधित्व संयंत्र विकास के दौरान लगातार बदल दिया है। Geomagnetic बदलाव (या आस) GMF के polarity में परिवर्तन कर रहे हैं। पृथ्वी का जीवन-इतिहास के दौरान, GMF बदलाव कई बार हुआ। ये हर polarity के संक्रमण के दौरान कम GMF शक्ति की अवधि के लिए ग्रह से अवगत कराया। कम GMF शक्ति के इन संक्रमण अवधि जिससे एक उत्प्रेरण, पृथ्वी की सतह तक पहुंचने के लिए सौर हवा से विकिरण की अनुमति दी है हो सकता है कि कुछ लेखकों धारणा हैविकास 2 संयंत्र के लिए अग्रणी अंततः जीन परिवर्तन के लिए प्रेरित करने के लिए काफी मजबूत हो सकता था, जो रहने वाले जीवों के लिए लगातार तनाव,। पौधों पर चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव का वर्णन प्रयोगों की एक विस्तृत विश्लेषण प्रशंसनीय biophysical संपर्क तंत्र की कमी के द्वारा होती परस्पर विरोधी रिपोर्टें, की एक बड़ी संख्या से पता चलता है। दूसरों अंततः, 3 दुविधा में पड़ा रहे हैं, एक परीक्षण योग्य परिकल्पना की कमी है और जबकि कई प्रयोगों, बस अवास्तविक हैं। पिछले वर्षों में, संयंत्र पर चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव पर प्रगति और अनुसंधान की स्थिति 2,4-11 समीक्षा की गई है। हाल ही में, दोनों कम और उच्च चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव को अच्छी तरह से संयंत्र के विकास के 2 पर GMF उलट घटनाओं की भागीदारी पर विशेष ध्यान देने के साथ, एक विचार विमर्श किया गया। सबसे सीधा मतलब GMF बदलाव संयंत्र विकास एक GMF के संश्लेषण के लिए है कि प्रभावित परिकल्पना को पुष्ट करने के लिएसामान्य और उलट चुंबकीय क्षेत्र की स्थिति के लिए पौधों की प्रतिक्रिया का परीक्षण करके प्रयोगशाला में उलट। परिकल्पना का परीक्षण करने के लिए, इसलिए हम सही ढंग से सामान्य GMF की स्थिति रिवर्स करने में सक्षम है, जो एक त्रिअक्षीय अष्टकोणीय हेल्महोल्त्ज़ कुंडली-जोड़े के चुंबकीय क्षेत्र मुआवजा प्रणाली (त्रिअक्षीय कॉयल) का निर्माण किया। हम एक मॉडल के पौधे के रूप में Arabidopsis thaliana इस्तेमाल किया है और हम कुछ महत्वपूर्ण जीनों के जीन अभिव्यक्ति पर उलट GMF के प्रभाव का परीक्षण: CRUCIFERIN 3 (CRU3), टाइरोसीन-फॉस्फोरिलेटेड है और इसकी फास्फोरिलीकरण राज्य जवाब में ठीक किया जाता है कि एक 12S बीज भंडारण प्रोटीन को कूटबद्ध करता है Arabidopsis thaliana बीज 12,13 में ए.बी.ए. करने के लिए; मिट्टी घन अधिग्रहण और पराग विकास 14 में प्रमुख समारोह के साथ एक भारी धातु परिवहन / विषहरण superfamily प्रोटीन को कूटबद्ध कि कॉपर परिवहन Protein1 (COTP1); और रिडॉक्स उत्तरदायी ट्रांसक्रिप्शन Factor1 (RRTF1),कि ERF (एथिलीन प्रतिक्रिया कारक) उपप्रजाति बी -3 जीन अभिव्यक्ति रास्ते के synergistic सह सक्रियण की सुविधा और अजैव पार सहिष्णुता प्रदान और जैविक 15 पर जोर दिया है कि एक AP2 डोमेन में शामिल है कि ERF / AP2 प्रतिलेखन कारक परिवार के एक सदस्य को कूटबद्ध। इसके अलावा हम भी ऑक्सीडेटिव तनाव प्रतिक्रियाओं में शामिल पांच जीन विश्लेषण किया: enzymatically और तेजी से सुपरऑक्साइड आयनों धर्मान्तरित एक साइटोप्लास्मिक एंजाइम को कूटबद्ध कि फे Superoxide Dismutase1, (FSD1), (ओ 2 -) और पानी (एच 2 ओ) हाइड्रोजन पेरोक्साइड के लिए (एच पानी और ऑक्सीजन 17,18 में एच के टूटने 2 ओ 2 उत्प्रेरित कि Catalase3 (कि कूटबद्ध कि CAT3), और एंजाइम; 2 ओ 2) और आणविक ऑक्सीजन (ओ 2) 16 Thylakoidal एस्कोर्बेट peroxidase (TAPX), एक को कूटबद्ध करता है एच 2 ओ scavenges कि chloroplastic thylakoid peroxidase2 19, एच 2 ओ 2 scavenges और कोई नहीं ली गई अणुओं 20 द्वारा मध्यस्थता बाद translational संशोधनों के संभावित ठिकानों में से एक का प्रतिनिधित्व करता है कि एक साइटोसोलिक peroxidase कूटबद्ध कि एस्कोर्बेट Peroxidase1 (APX1); और हे 2 उत्पन्न करता है कि एक एंजाइम को कूटबद्ध कि NADPH- श्वसन फट ओक्सीडेस प्रोटीन डी (RbohD) - और एराबिडोप्सिस 21 में वृद्धि, विकास और तनाव प्रतिक्रियाओं को विनियमित करने में निर्णायक भूमिका निभाता है। हमारे क्षेत्र उलटा कार्यप्रणाली GMF उलट ए की आकृति विज्ञान और जीन अभिव्यक्ति में एक महत्वपूर्ण परिवर्तन के लिए प्रेरित कर सकते हैं कि पहले सबूत उपलब्ध कराता है thaliana जड़ों और गोली मारता है। इस प्रोटोकॉल की भूमिका की चर्चा संयंत्र आकृति विज्ञान और जीन अभिव्यक्ति पर GMF उत्क्रमण के प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए और संयंत्र व्यवहार के अन्य पहलुओं पर GMF उत्क्रमण के संभावित प्रभाव का आकलन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, और इस तरह मार्गदर्शन एक अभिनव तरीका प्रदान करता हैसंयंत्र विकास पर GMF पलटने की Le।

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>three-axis magnetometer</td>
			<td>Bartington&#160;</td>
			<td>Mag-03MC</td>
			<td>triaxial fluxgate magnetometer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetometer power supply</td>
			<td>Bartington&#160;</td>
			<td>Mag-03PSU</td>
			<td>triaxial fluxgate magnetometer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetometer software</td>
			<td>Bartington&#160;</td>
			<td>Mag03DAM</td>
			<td>triaxial fluxgate magnetometer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DC power supply&#160;</td>
			<td>Agilent Technologies</td>
			<td>E3642A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium hypochlorite&#160;</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>211389</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100&#160;</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>X100&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol&#160;</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>2860</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GroLux Sodium vapor lamps&#160;</td>
			<td>OSRAM Sylvania</td>
			<td>600W</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RNeasy Plant RNA kit&#160;</td>
			<td>Qiagen</td>
			<td>74903</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RNase-Free DNase&#160;</td>
			<td>Qiagen</td>
			<td>79254</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agilent 2100 Bioanalyzer</td>
			<td>Agilent Technologies</td>
			<td>G2938B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanoDrop ND-1000&#160;</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>not available</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-Capacity cDNA Reverse Transcription Kit&#160;</td>
			<td>Applied Biosystems</td>
			<td>4368813</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mx3000P</td>
			<td>Agilent Technologies</td>
			<td>401512</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2X MaximaTM SYBR Green qPCR Master Mix&#160;</td>
			<td>Fermentas International, Inc</td>
			<td>K0221</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parafilm</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P7793-1EA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Murashige and Skoog Basal Medium</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>M5519&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri dish square (120x120)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>Z692344&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

geomagnetic field (gmf) and plant evolution: investigating the effects of gmf reversal on arabidopsis thaliana development and gene expression

संयंत्र विकास में सबसे उत्तेजक टिप्पणियों में से एक geomagnetic क्षेत्र की घटना (GMF) बदलाव (या आस) और आवृतबीजी के विकिरण के क्षण के बीच एक संबंध है। इस GMF polarity में परिवर्तन संयंत्र विकास में एक भूमिका निभा सकते हैं कि परिकल्पना का नेतृत्व किया। यहाँ, हम कृत्रिम रूप से GMF की स्थिति उलट करने Arabidopsis thaliana उजागर करके इस परिकल्पना का परीक्षण करने के लिए एक विधि का वर्णन है। हम एक तीन अक्ष magnetometer इस्तेमाल किया और एकत्र आंकड़ों GMF की भयावहता की गणना करने के लिए इस्तेमाल किया गया। तीन डीसी बिजली की आपूर्ति तीन हेल्महोल्ट्ज़ तार जोड़े से जुड़े थे और GMF की स्थिति को बदलने के लिए एक कंप्यूटर द्वारा नियंत्रित किया गया। पेट्री प्लेटों में बड़े पौधों दोनों सामान्य से अवगत कराया और GMF की स्थिति उलट गया था। शाम जोखिम प्रयोगों भी प्रदर्शन किया गया। उजागर पौधों के प्रयोग के दौरान फोटो खींच रहे थे और छवियों को जड़ लंबाई और पत्ती क्षेत्रों की गणना करने के लिए विश्लेषण किया गया। एराबिडोप्सिस कुल शाही सेना निकाले और मात्रात्मक थारीयल टाइम पीसीआर (qPCR) CRUCIFERIN 3 (CRU3), तांबा परिवहन protein1 (COTP1), रिडॉक्स उत्तरदायी ट्रांसक्रिप्शन Factor1 (RRTF1), फे superoxide dismutase 1, (FSD1), Catalase3 (CAT3), Thylakoidal के जीन की अभिव्यक्ति पर प्रदर्शन किया गया विश्लेषण एस्कोर्बेट peroxidase (TAPX), एक साइटोसोलिक एस्कोर्बेट Peroxidase1 (APX1), और NADPH / श्वसन फट ओक्सीडेस प्रोटीन डी (RbohD)। चार अलग अलग संदर्भ जीन qPCR के परिणामों को सामान्य करने के लिए विश्लेषण किया गया। चार जीन का सबसे अच्छा चयन किया गया था और सामान्य बनाने के लिए सबसे अधिक स्थिर जीन इस्तेमाल किया गया था। हमारे डेटा त्रिअक्षीय कॉयल का उपयोग कर GMF polarity के पीछे पौधों की वृद्धि और जीन अभिव्यक्ति पर महत्वपूर्ण प्रभाव है कि पहली बार दिखा। यह अंततः पी के लिए अग्रणी, एक उच्च चयनात्मक दबाव का औचित्य साबित हो सकता है कि GMF उलट संयंत्र के विकास में परिवर्तन उत्प्रेरण के लिए योगदान देता है कि परिकल्पना का समर्थन करता हैlant विकास।

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Geomagnetic Field Gmf and Plant Evolution: Investigating the Effects of Gmf Reversal on Arabidopsis thaliana Development and Gene Expression

This protocol describes a method to test the hypothesis that the reversal of the effective geomagnetic field (GMF) induces differential gene expression and alters the morphology of Arabidopsis thaliana. A triaxial octagonal system of Helmholtz coil-pairs was used to artificially generate reversed GMF conditions in the plant growth chamber.

Geomagnetic क्षेत्र (GMF) और संयंत्र विकास: GMF उत्क्रमण के प्रभाव पर जांच<em&gt; Arabidopsis thaliana</em&gt; विकास और जीन एक्सप्रेशन

One of the most stimulating observations in plant evolution is a correlation between the occurrence of geomagnetic field (GMF) reversals (or excursions) ...

Research

JoVE Journal

Developmental Biology

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The goal of this protocol is to describe molecular alterations in human diabetic corneas and demonstrate how they can be alleviated by adenoviral gene ...

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