Name: ecosystem fabrication (ecofab) protocols for the construction of laboratory ecosystems designed to study plant-microbe interactions
Uploaded: 2018-04-10T13:30:00
Duration: 11 min 57 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Ecosystem Fabrication EcoFAB Protocols for The Construction of Laboratory Ecosystems Designed to Study Plant-microbe Interactions at JoVE.com

هذا العمل كان يدعمها برنامج "مختبر البحوث الموجهة" والتنمية (لدرد) من "مختبر لورنس بيركلي الوطني" يدعمه "مكتب العلم"، من "وزارة الطاقة الأميركية" تحت "رقم العقد" دي-AC02-05CH11231، وجائزة SC0014079 دي من "الإدارة الأمريكية للطاقة مكتب العلوم" "جامعة كاليفورنيا في بيركلي". وأيد العمل في "مسبك الجزيئية" تحت "إدارة الولايات المتحدة الطاقة العقد رقم" دي-AC02-05CH11231. ونشكر أيضا لوي كاثرين وبنيامين ص بوين، سوزان م. كوسينا وبنجامين ج. كول في "مختبر لورنس بيركلي الوطني" لكل ما قدموه من المساعدة.

<ol>
	<li>Morrissey, J. P., Dow, J. M., Mark, G. L., O'Gara, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Are+microbes+at+the+root+of+a+solution+to+world+food+production.">Are microbes at the root of a solution to world food production.</a> EMBO Rep. 5 (10), 922-926 (2004).</li><li>Farrar, K., Bryant, D., Cope-Selby, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+and+engineering+beneficial+plant-microbe+interactions:+plant+growth+promotion+in+energy+crops.">Understanding and engineering beneficial plant-microbe interactions: plant growth promotion in energy crops.</a> Plant Biotechnol J. 12 (9), 1193-1206 (2014).</li><li>Singh, J. S., Abhilash, P. C., Gupta, V. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Agriculturally+Important+Microbes+in+Sustainable+Food+Production.">Agriculturally Important Microbes in Sustainable Food Production.</a> Trends Biotechnol. 34 (10), 773-775 (2016).</li><li>Dubey, R. K., Tripathi, V., Dubey, P. K., Singh, H. B., Abhilash, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exploring+rhizospheric+interactions+for+agricultural+sustainability:+the+need+of+integrative+research+on+multi-trophic+interactions.">Exploring rhizospheric interactions for agricultural sustainability: the need of integrative research on multi-trophic interactions.</a> J Clean Prod. 115, 362-365 (2016).</li><li>Hunter, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plant+microbiomes+and+sustainable+agriculture.">Plant microbiomes and sustainable agriculture.</a> EMBO Rep. 17 (12), 1696-1699 (2016).</li><li>van der Heijden, M. G. A., Hartmann, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Networking+in+the+Plant+Microbiome.">Networking in the Plant Microbiome.</a> PLoS Biol. 14 (2), e1002378 (2016).</li><li>Vessey, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plant+growth+promoting+rhizobacteria+as+biofertilizers.">Plant growth promoting rhizobacteria as biofertilizers.</a> Plant Soil. 255 (2), 571-586 (2003).</li><li>Yang, J., Kloepper, J. W., Ryu, C. -. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rhizosphere+bacteria+help+plants+tolerate+abiotic+stress.">Rhizosphere bacteria help plants tolerate abiotic stress.</a> Trends Plant Sci. 14 (1), 1-4 (2009).</li><li>Reynolds, H. L., Packer, A., Bever, J. D., Clay, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=GRASSROOTS+ECOLOGY:+PLANT-MICROBE-SOIL+INTERACTIONS+AS+DRIVERS+OF+PLANT+COMMUNITY+STRUCTURE+AND+DYNAMICS.">GRASSROOTS ECOLOGY: PLANT-MICROBE-SOIL INTERACTIONS AS DRIVERS OF PLANT COMMUNITY STRUCTURE AND DYNAMICS.</a> Ecology. 84 (9), 2281-2291 (2003).</li><li>Finkel, O. M., Castrillo, G., Herrera Paredes, S., Salas Gonz&#225;lez, I., Dangl, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+and+exploiting+plant+beneficial+microbes.">Understanding and exploiting plant beneficial microbes.</a> Curr Opin Plant Biol. 38, 155-163 (2017).</li><li>Northen, T. R., Zhang, Z., Gao, J., Swenson, T., Yoshikuni, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advancing+Our+Understanding+of+the+Chemistry+of+Soil+Microbiomes.">Advancing Our Understanding of the Chemistry of Soil Microbiomes.</a> National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2017. The Chemistry of Microbiomes: Proceedings of a Seminar Series. , (2017).</li><li>Busby, P. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Research+priorities+for+harnessing+plant+microbiomes+in+sustainable+agriculture.">Research priorities for harnessing plant microbiomes in sustainable agriculture.</a> PLOS Biology. 15 (3), e2001793 (2017).</li><li>Sanati Nezhad, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+platforms+for+plant+cells+studies.">Microfluidic platforms for plant cells studies.</a> Lab Chip. 14 (17), 3262-3274 (2014).</li><li>Oburger, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+a+novel+tool+for+sampling+root+exudates+from+soil-grown+plants+compared+to+conventional+techniques.">Evaluation of a novel tool for sampling root exudates from soil-grown plants compared to conventional techniques.</a> Environ Exp Bot. 87, 235-247 (2013).</li><li>Van Der Krift, T. A. J., Berendse, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Root+life+spans+of+four+grass+species+from+habitats+differing+in+nutrient+availability.">Root life spans of four grass species from habitats differing in nutrient availability.</a> Funct Ecol. 16 (2), 198-203 (2002).</li><li>Massalha, H., Korenblum, E., Malitsky, S., Shapiro, O. H., Aharoni, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Live+imaging+of+root-bacteria+interactions+in+a+microfluidics+setup.">Live imaging of root-bacteria interactions in a microfluidics setup.</a> P Natl. Acad. Sci. USA. 114 (17), 4549-4554 (2017).</li><li>Sanati Nezhad, A., Naghavi, M., Packirisamy, M., Bhat, R., Geitmann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+cellular+penetrative+forces+using+lab-on-a-chip+technology+and+finite+element+modeling.">Quantification of cellular penetrative forces using lab-on-a-chip technology and finite element modeling.</a> P Natl. Acad. Sci. USA. 110 (20), 8093-8098 (2013).</li><li>Jiang, H., Xu, Z., Aluru, M. R., Dong, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plant+chip+for+high-throughput+phenotyping+of+Arabidopsis.">Plant chip for high-throughput phenotyping of Arabidopsis.</a> Lab Chip. 14 (7), 1281-1293 (2014).</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 (26), 263703 (2011).</li><li>Busch, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+microfluidic+device+and+computational+platform+for+high-throughput+live+imaging+of+gene+expression.">A microfluidic device and computational platform for high-throughput live imaging of gene expression.</a> Nat Methods. 9 (11), 1101-1106 (2012).</li><li>Grossmann, G., et al. <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 (12), 4234-4240 (2011).</li><li>Aufrecht, J. A., Ryan, J. M., Hasim, S., Allison, D. P., Nebenf&#252;hr, A., Doktycz, M. J., Retterer, S. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.</a> J. Vis. Exp. (126), (2017).</li><li>Garvin, D. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+Genetic+and+Genomic+Research+Resources+for+Brachypodium+distachyon,+a+New+Model+System+for+Grass+Crop+Research.">Development of Genetic and Genomic Research Resources for Brachypodium distachyon, a New Model System for Grass Crop Research.</a> Crop Sci. 48 (Supplement_1), S69-S84 (2008).</li><li>Lisensky, G. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Replication+and+Compression+of+Surface+Structures+with+Polydimethylsiloxane+Elastomer.">Replication and Compression of Surface Structures with Polydimethylsiloxane Elastomer.</a> J. Chem. Educ. 76 (4), 537 (1999).</li><li>Friend, J., Yeo, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+microfluidic+devices+using+polydimethylsiloxane.">Fabrication of microfluidic devices using polydimethylsiloxane.</a> Biomicrofluidics. 4 (2), 026502 (2010).</li><li>Yao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+Metabolomics+Datasets+with+High-Performance+Computing+and+Metabolite+Atlases.">Analysis of Metabolomics Datasets with High-Performance Computing and Metabolite Atlases.</a> Metabolites. 5 (3), 431-442 (2015).</li><li>Sumner, L. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Proposed+minimum+reporting+standards+for+chemical+analysis+Chemical+Analysis+Working+Group+(CAWG)+Metabolomics+Standards+Initiative+(MSI).">Proposed minimum reporting standards for chemical analysis Chemical Analysis Working Group (CAWG) Metabolomics Standards Initiative (MSI).</a> Metabolomics. 3 (3), 211-221 (2007).</li><li>Gao, J., de Raad, M., Bowen, B. P., Zuckermann, R. N., Northen, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+Black+Silicon+for+Nanostructure-Initiator+Mass+Spectrometry.">Application of Black Silicon for Nanostructure-Initiator Mass Spectrometry.</a> Anal. Chem. 88 (3), 1625-1630 (2016).</li><li>Gao, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Morphology-Driven+Control+of+Metabolite+Selectivity+Using+Nanostructure-Initiator+Mass+Spectrometry.">Morphology-Driven Control of Metabolite Selectivity Using Nanostructure-Initiator Mass Spectrometry.</a> Anal. Chem. 89 (12), 6521-6526 (2017).</li><li>Woo, H. -. K., Northen, T. R., Yanes, O., Siuzdak, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanostructure-initiator+mass+spectrometry:+a+protocol+for+preparing+and+applying+NIMS+surfaces+for+high-sensitivity+mass+analysis.">Nanostructure-initiator mass spectrometry: a protocol for preparing and applying NIMS surfaces for high-sensitivity mass analysis.</a> Nat. Protoc. 3 (8), 1341-1349 (2008).</li><li>R&#252;bel, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=OpenMSI:+A+High-Performance+Web-Based+Platform+for+Mass+Spectrometry+Imaging.">OpenMSI: A High-Performance Web-Based Platform for Mass Spectrometry Imaging.</a> Anal. Chem. 85 (21), 10354-10361 (2013).</li><li>L&#243;pez-Bucio, J., Cruz-Ram&#305;&#769;rez, A., Herrera-Estrella, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+nutrient+availability+in+regulating+root+architecture.">The role of nutrient availability in regulating root architecture.</a> Curr Opin Plant Biol. 6 (3), 280-287 (2003).</li><li>Lynch, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Steep,+cheap+and+deep:+an+ideotype+to+optimize+water+and+N+acquisition+by+maize+root+systems.">Steep, cheap and deep: an ideotype to optimize water and N acquisition by maize root systems.</a> Ann. Bot. 112 (2), 347-357 (2013).</li><li>Rell&#225;n-&#193;lvarez, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=GLO-Roots:+an+imaging+platform+enabling+multidimensional+characterization+of+soil-grown+root+systems.">GLO-Roots: an imaging platform enabling multidimensional characterization of soil-grown root systems.</a> eLife. 4, e07597 (2015).</li><li>Kamilova, F., Validov, S., Azarova, T., Mulders, I., Lugtenberg, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enrichment+for+enhanced+competitive+plant+root+tip+colonizers+selects+for+a+new+class+of+biocontrol+bacteria.">Enrichment for enhanced competitive plant root tip colonizers selects for a new class of biocontrol bacteria.</a> Environ. Microbiol. 7 (11), 1809-1817 (2005).</li><li>Klitgaard, A., Nielsen, J. B., Frandsen, R. J. N., Andersen, M. R., Nielsen, K. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combining+Stable+Isotope+Labeling+and+Molecular+Networking+for+Biosynthetic+Pathway+Characterization.">Combining Stable Isotope Labeling and Molecular Networking for Biosynthetic Pathway Characterization.</a> Anal. Chem. 87 (13), 6520-6526 (2015).</li></ol>

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

ذكرت البروتوكولات هنا لاستخدام تلفيق النظام الإيكولوجي لإنشاء اكوفابس يوفر موارد المجتمع لمصنع منهجية دراسات البيولوجيا في الظروف المختبرية شديد. التقدم في مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد توفر تكنولوجيات متاحة على نطاق واسع لبناء وتحسين شكل تكراري تصميمات اكوفاب. تم العثور على قاعة الجذر المقدمة هنا لتكون مناسبة تماما للتصوير المجهري، والحفاظ على العقم، مما يتيح إضافة الخاضعة للميكروبات للتحقيق في التفاعلات بين الميكروبات والنبات. منصة اكوفاب متوافق مع مختلف أنواع النباتات. من المهم أن ندرك الآثار الفسيولوجية لزراعة النباتات داخل الدائرة الضيقة الجذر مثل أنه سيطلب المزيد من التجارب تعميم النتائج للنباتات التي تنمو في البيئات الطبيعية.
استخدام الدوائر العقيمة والصمام ضوء النمو يمكن التحقيق في آثار ظروف الإضاءة المختلفة، بما في ذلك الطول الموجي وكثافة، والمدة، وعلى نمو النبات والمعلمات الفسيولوجية المرتبطة بالتوازي. عكسها ارتباط الجذر الدوائر تسمح باستخدام ركائز صلبة، وكذلك فيما يتعلق بجمع العينات الصلبة لتحليل البيوكيميائية والوراثية مكانياً. الطلبات المقدمة ركائز متينة، مثل التربة والرمل والكوارتز الخرز، توفر إمكانيات استخدام اكوفابس لبناء المختبرات ذات الصلة أكثر إيكولوجيا النظم الإيكولوجية. ومع ذلك، جميع النظم المعروضة هنا من استخدام سائل المشبعة (تربة الثقافات) التي ليست انعكاسا دقيقا لمعظم أنواع التربة، وأنه سيكون من المهم لزيادة صقل هذه التصاميم للحفاظ على جيوب الهواء داخل التربة بأنها تمثل أفضل التربة الطبيعية.
يرد وصف استخدام كاميرات بسيطة ومجاهر التنمية مورفولوجيا جذر النظام الصورة على كلا الجزء الأكبر للمستويات الخلوية. مدى ملاءمة هذا لتصوير مورفولوجيا الجذر الرصد والقياس الكمي سيكون على الأرجح مفيداً لفهم الآليات التنظيمية لمصنع الإشارات الجزيئية والفيزيولوجية الناجمة عن مصنع أدابتيونس أوضح أن ظروف النمو. القيد لدراسة التنمية الجذرية الفسيولوجية غير موضع الأفقي الحالي للجهاز اكوفاب. في البيئات الطبيعية، يؤدي رد جرافيتروبيك الجذور لتنمية رأسية غالباً من جذر النظام. وبالتالي، النظام الأفقي المعروضة هنا من المحتمل أن يختلف في بعض عوامل من بيئة طبيعية، وتصنيع أنظمة اكوفاب مع الموضع العمودي في دائرة الجذر هدف مرغوب فيه للإصدارات المستقبلية اكوفاب. على الرغم من أن يتم وضع أجهزة اكوفاب الحالية أفقياً، تحليل معلمات مورفولوجيا الجذر في ظروف مختلفة، أو استجابة للميكروبات، من الممكن. يمكن تطبيق التصوير بدقة عالية لالتقاط ديناميات الاستعمار الجذر يعزل واحد أو المجتمعات، وتوفير المعلومات حول المصنع الذي يتم استعمرت أجزاء في مختلف ظروف كافية ونقص المغذيات. ومن المتوقع أن توفر هذه الدراسات رؤى جديدة هامة في كيف يتم تجميعها بمصنّع ميكروبيوميس، وكيفية تغيير هذه الديناميات على مر الزمن، وعلى سبيل المثال كالجذور وضع.
تمكين أجهزة موائع جزيئية تصوير النباتات الصغار جداً، وعادة لا يكفي لتحليل لكمس كمية نواتج الأيض التي جمعت. الأنظمة المستندة إلى التربة، مثل رهيزوترونس، السماح تصوير مورفولوجيا الجذر عندما يتم تحويل أما النباتات مع بناء تشيميلومينيسسينت (Glo الجذر) أو مع الأساليب المستندة إلى الرنين المغناطيسي النووي33،34. المستقلب المستخرجة من هذه النظم مضيعة للوقت بسبب حجم كبير من العينات. اكوفابس مزيج من كليهما: التلفيق مشابه لأجهزة موائع جزيئية. اكوفابس صممت لتكون بسيطة وغير مكلفة لإنتاج، ولكن يمكن ضبط حجم الدائرة لزراعة النباتات مع نظم جذور صغيرة أو كبيرة، تصل إلى مراحلها الإنجابية. الملاحظات المتزامن للتغييرات مورفولوجيا الجذر، والجذر نتحه الممكنة. هذا النظام عقيم، تمكين التحكم بالإضافة للميكروبات المحددة.
اكوفابس مصممة لتمكين إدخال الخاضعة للمراقبة وأخذ العينات من الميكروبات ونواتج الأيض. على وجه التحديد، تم العثور على عينات جمعت من دوائر النمو الجذري كافياً للتنميط المستقلب الطيفية الجماعية. دمج تصوير الطيف الكتلي (مثلاً.، تقنية نيم المعروضة هنا) يوفر نهجاً غير مدمرة لدراسة المستقلب التوزيعات المكانية لنظم الجذور. هذا الأسلوب سيكون على الأرجح تجارب التتبع مفيدة النظائر المستقرة في المستقبل ورسم الخرائط التعريب الميكروبية لنواتج الأيض محددة36. في حين أن هذا البروتوكول قد ركز على عزل وحيد، يمكن استخدام نفس التصميم التأكيد للمجتمعات أكثر تعقيداً. حجم العينة والكتلة الحيوية داخل اكوفابس من المرجح أكثر من كافية لمواصلة إدماج التكنولوجيات تسلسل الحمض النووي، الذي سيكون من المهم أن تميز ورصد المجتمع الميكروبي الهيكل والجينات التعبير.
وفي الختام، تفاصيل هذا البروتوكول تلفيق مختبر النظم الإيكولوجية الرامية للتحقيق في التفاعلات بين الميكروبات والنبات، مع التركيز على أساليب بسيطة وسهلة المنال التي يمكن تنفيذها بسهولة ومدد من الباحثين في جميع أنحاء العالم. تهدف الجهود الحالية مما يدل على إمكانية تكرار نتائج بين مختبرات، وإدماج نظام التحكم في درجة الحرارة بكل اكوفاب وسوف تسيطر بشكل مستقل الضوء ودرجة الحرارة. سوف يكون مزيد من تقدم المنظومة التكامل الآلي أخذ العينات وإعادة الملء الدوائر الجذرية اكوفاب ووضع بروتوكولات استنساخه لإنشاء مصنع ذات الصلة ميكروبيوميس داخل اكوفابس.

تطبيق الميكروبات النباتية المفيدة في مجال الزراعة يوفر إمكانيات كبيرة زيادة إنتاج الوقود الحيوي لتوفير لتزايد سكان1،2،،من34والغذائي المستدام. قدرا كبيرا من العمل يدعم أهمية ميكروبيوميس النبات في امتصاص المغذيات النباتية، التسامح إلى الضغوط، والمقاومة للمرض5،6،،من78. ومع ذلك، من الصعب أن التحقيق في هذه الآليات من التفاعلات بين الميكروبات والنبات في مجال النظم الإيكولوجية بسبب تعقيد والمرتبطة إيريبرودوسيبيليتي وعدم القدرة على التحكم بدقة في تكوين ميكروبيومي وعلم الوراثة (على سبيل المثال-، باستخدام طفرات الميكروبية)4،،من910.
استراتيجية واحدة لبناء النظم الإيكولوجية نموذج مبسط لتمكين التحكم، التجارب المعملية منسوخة التحقيق التفاعلات بين الميكروبات والنبات لتوليد الأفكار التي يمكن اختبارها كذلك في الميدان10،، من11 12. ويبني هذا المفهوم على النهج التقليدي باستخدام النباتات التي تزرع في أواني مملوءة بالتربة أو على ألواح أجار داخل البيوت الزجاجية أو حاضنات13. على الرغم من أن هذه سيكون من المرجح أن تظل الأكثر استخداماً على النهج، وأنهم يفتقرون إلى القدرة على رصد أدق والتعامل مع بيئات نمو النبات. وتحقيقا لهذه الغايات، تمثل تحسنا كبيرا في القدرة على دراسة العمليات تحت الأرض14،15رهيزوبوكسيس ورهيزوترونس، ونشرت البروتوكولات الأولى لتحليل نواتج الأيض رهيزوسفيري في التربة16. في الآونة الأخيرة، أدت موائع جزيئية متقدمة الأجهزة13،17 مثل "رقاقة مصنع"18،19وروتاري20و21من روتشيب، لتمكين تحليل الإنتاجية العالية، وضعت كأدوات فعالة لمصنع phenotyping مع مقياس ميكرومتر القرار المكانية لرصد أولى مراحل نمو النبات نموذج صغير نبات التمويل المتوسط وتدفق السائل. في الآونة الأخيرة، وصفت منصة تصوير طبقتين يمكن تصوير الشعر الجذر من نبات التمويل في مرحلة الشتلة مع منصة موائع جزيئية22.
هنا، بروتوكولات مفصلة لبناء أجهزة مختبرية تحت التحكم (اكوفابس) المقدمة، لدراسة التفاعلات بين الميكروبات والنبات، وإظهار أنه يمكن استخدامها لدراسة مختلف النباتات بما في ذلك التمويل نبات، براتشيبوديوم ديستاتشيون23والشوفان البرية الهامة إيكولوجيا barbata آبينا، ومحاصيل الطاقة الحيوية دخن عصوي (switchgrass). اكوفاب هو منصة نمو النباتية عقيمة التي تضم اثنين من المكونات الأساسية: جهاز اكوفاب وحاوية شفافة معقمة الحجم المصنع. اكوفاب الجهاز وهي مصنوعة من بولي دايمثيل سيلوكسان (PDMS) تصنيع عملية تنطوي على الصب PDMS طبقات من العفن بلاستيك مطبوعة 3D والترابط طبقات PDMS على مجهر الشرائح باستخدام أساليب سبق وذكرت24،25 . إجراءات مفصلة لسير العمل اكوفاب، مثل تصنيع الجهاز والتعقيم وإنبات البذور، وزراعة الشتلات، ميكروب التطعيم/كوكولتيفيشن، إعداد عينة والتحليل، موصوفة في هذا البروتوكول (الشكل 1). يرد المزيد من التعديلات لسير العمل الأساسية، بما في ذلك تركيب الكمبيوتر التحكم الصمام تنمو الأضواء والاستفادة من ركائز متينة. الاستفادة من تقنيات التحقيق في مورفولوجيا الجذر التصوير يتغير، الاستعمار الميكروبي للجذور، وشرح لتصوير الطيفية كتلة من الإفرازات الجذرية. ونحن نتوقع أن تصميم بسيطة وغير مكلفة استناداً إلى مواد متاحة بسهولة، فضلا عن البروتوكولات التفصيلية المقدمة هنا، سوف تتحول منصة اكوفاب مورد مجتمع، توحيد الدراسات المختبرية للنبات-ميكروبيومي.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D printed custom mold</td>
			<td>LBNL</td>
			<td></td>
			<td>STL files available here www.eco-fab.org; The EcoFABs molds described here were printed by FATHOM: http://studiofathom.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dow sylgard 184 silicone elastomer clear kit</td>
			<td>Ellsworth Adhesives</td>
			<td>184 SIL ELAST KIT 0.5KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Air duster spray</td>
			<td>VWR</td>
			<td>75780-350</td>
			<td>any compressed gas duster should work</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15 gauge blunt needle</td>
			<td>VWR</td>
			<td>89166-240</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5 mL syringe with Luer-Lok Tip</td>
			<td>VWR</td>
			<td>BD309646</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3&#8221;x2&#8221; microscope glass slide</td>
			<td>VWR</td>
			<td>48382-179</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1.75&#34; x 2.56&#34; x 3.56&#34; EcoFAB box</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B005GAQ25Q</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4&#8221; x 3 &#188;&#8221; microscope glass slide</td>
			<td>Ted Pella</td>
			<td>260231</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4.87&#34; x 4.87&#34; x 5.50&#34; EcoFAB box</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B00P9QVOS2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plasma Cleaner</td>
			<td>Harrick Plasma</td>
			<td>PDC-001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D printed custom clamp</td>
			<td>LBNL</td>
			<td></td>
			<td>STL files available from Trent Northen&#39;s lab</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile hood</td>
			<td>AirClean&#160;Systems</td>
			<td>AC600 Series PCR Workstations</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PTFE syringe tubing</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Z117315-1EA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>VWR</td>
			<td>89125-172</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bleach</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Murashige and Skoog (MS) Macronutrient Salt Base</td>
			<td>Phytotechnologies Laboratories</td>
			<td>M502</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Murashige and Skoog (MS) Micronutrient Salt Base</td>
			<td>Phytotechnologies Laboratories</td>
			<td>M554</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soil</td>
			<td>Hummert International</td>
			<td>Pro-Mix PGX</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phytagel</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>71010-52-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arabidopsis thaliana</td>
			<td>Lehle Seeds</td>
			<td>WT-24 Col-4 Columbia wild type</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Brachypodium distachyon</td>
			<td>LBNL</td>
			<td>Standard Bd-21 line</td>
			<td>Available from John Vogel&#39;s lab</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Panicum virgatum</td>
			<td>The Samuel Roberts Noble Foundation</td>
			<td>Alamo switchgrass</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropore tape</td>
			<td>VWR</td>
			<td>56222-182</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LC-MS grade methanol</td>
			<td>VWR</td>
			<td>JT9830-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lyophilizer</td>
			<td>LABCONCO</td>
			<td>FreeZone 2.5 Plus</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SpeedVAC concentrator</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>Savant&#8482; SPD111 SpeedVac</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrafree-MC GV Centrifugal Filter-0.22 &#181;m</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>UFC30GV00</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Liquid chromotography system</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>Agilent 1290 LC system</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Q Exactive mass spectrometer</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>Q Exactive&#8482; Hybrid Quadrupole-Orbitrap MS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NIMS chip and custom MALDI plate</td>
			<td>LBNL</td>
			<td></td>
			<td>For detailed protocol see: doi:10.1038/nprot.2008.110</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MALDI mass spectrometer</td>
			<td>AB Sciex</td>
			<td>TOF/TOF 5800 MALDI MS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nano-coated LED grow light strip</td>
			<td>LED World Lighting</td>
			<td>HH-SRB60F010-2835</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power supply</td>
			<td>LED World Lighting</td>
			<td>MD45W24VA, LV100-24N-UNV-J</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TC420 controller</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B0197U7R8Q</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone LED clips</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B00N9X1GI0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot glue gun</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B006IY359K</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Female-to-bare LED connector cable</td>
			<td>LED World Lighting</td>
			<td>HH-F05</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Female-to-male LED connector extension cable</td>
			<td>LED World Lighting</td>
			<td>HH-MF1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>20AWG 2-wire cable</td>
			<td>LED World Lighting</td>
			<td>6102051TFT4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>WAGO 221-415 Splicing Connector</td>
			<td>LED World Lighting</td>
			<td>221-415</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

ecosystem fabrication (ecofab) protocols for the construction of laboratory ecosystems designed to study plant-microbe interactions

التفاعلات بين الميكروبات والنبات مفيدة توفر حلاً بيولوجية مستدامة مع القدرة على زيادة إنتاج الغذاء والطاقة الحيوية ذات المدخلات المنخفضة. فهم ميكانيكية أفضل لهذه التفاعلات المعقدة الميكروبات والنباتات ستكون حاسمة في تحسين الإنتاج النباتي كما جيدا كما المنفذ الأساسي الإيكولوجية دراسات التفاعلات بين النباتية-التربة-الميكروبات والتحقيق. هنا، يقدم وصفاً مفصلاً لتلفيق النظام الإيكولوجي، باستخدام تقنيات الطباعة 3D متاحة على نطاق واسع، لإنشاء مختبر مراقبة الموائل (اكوفابس) للدراسات الميكانيكية للتفاعلات بين الميكروبات والنبات داخل محددة البيئية شروط. ويرد حجمين من اكوفابس التي هي مناسبة للتحقيق في التفاعلات الميكروبية بمختلف الأنواع النباتية، بما في ذلك التمويل نبات، ديستاتشيون براتشيبوديوم، و دخن عصوي. تتيح هذه الأجهزة من خلال تدفق الخاضعة للتلاعب وأخذ عينات من ميكروبيوميس الجذر، الجذر الكيمياء، فضلا عن التصوير مورفولوجيا الجذر والتعريب الميكروبية. ويشمل هذا البروتوكول التفاصيل للحفاظ على ظروف معقمة داخل اكوفابس وتركيب نظم الخفيفة الصمام مستقلة على اكوفابس. طرق مفصلة لإضافة أشكال مختلفة من وسائل الإعلام، بما في ذلك التربة والرمال، ووسائط النمو السائلة بالإضافة إلى توصيف هذه النظم باستخدام التصوير ويتم وصف جميع. معا، هذه النظم تمكين التحقيق دينامية ومفصلة للنبات واتحادات الميكروبية النباتية بما في ذلك التلاعب بتكوين ميكروبيومي (بما في ذلك طفرات)، رصد نمو النبات، مورفولوجيا الجذر، وتكوين الإفرازات، و الميكروبية ومسلم تحت ظروف خاضعة للرقابة البيئية. ونحن نتوقع أن هذه البروتوكولات تفصيلاً سيكون بمثابة نقطة انطلاق هامة للباحثين الآخرين، من الناحية المثالية المساعدة في إنشاء نظم تجريبية موحدة للتحقيق في التفاعلات بين الميكروبات والنبات.

Watch this Scientific Journal Video about Ecosystem Fabrication EcoFAB Protocols for The Construction of Laboratory Ecosystems Designed to Study Plant-microbe Interactions at JoVE.com

Ecosystem Fabrication EcoFAB Protocols for The Construction of Laboratory Ecosystems Designed to Study Plant-microbe Interactions

توضح هذه المقالة بروتوكولات مفصلة لتلفيق النظام الإيكولوجي للأجهزة (اكوفابس) التي تمكن من دراسة النباتات والتفاعلات بين الميكروبات والنبات في الظروف المختبرية شديد.

بروتوكولات النظام الإيكولوجي تلفيق (اكوفاب) لتشييد مختبر النظم الإيكولوجية تهدف إلى دراسة التفاعلات بين الميكروبات والنبات

Beneficial plant-microbe interactions offer a sustainable biological solution with the potential to boost low-input food and bioenergy production. A ...

Research

JoVE Journal

Environment

Ecosystem Fabrication (EcoFAB) Protocols for The Construction of Laboratory Ecosystems Designed to Study Plant-microbe Interactions

A Fish-feeding Laboratory Bioassay to Assess the Antipredatory Activity of Secondary Metabolites from the Tissues of Marine Organisms

مختبر الأحيائي تغذية الأسماك لتقييم آخر Antipredatory من المركبات الثانوية من الأنسجة من الكائنات البحرية

Marine chemical ecology is a young discipline, having emerged from the collaboration of natural products chemists and marine ecologists in the 1980s with ...

A CO2 Concentration Gradient Facility for Testing CO2 Enrichment and Soil Effects on Grassland Ecosystem Function

A CO2 Concentration Gradient Facility for Testing CO2 Enrichment and Soil Effects on Grassland Ecosystem Function

A CO<sub&gt; 2</sub&gt; مرفق تركيز متدرجة لاختبار CO<sub&gt; 2</sub&gt; الإثراء والتربة تأثيرات على وظيفة الأراضي العشبية النظام الإيكولوجي

Continuing increases in atmospheric carbon dioxide concentrations (CA) mandate techniques for examining impacts on terrestrial ecosystems. Most ...

Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

فهم الذائب المواد العضوية الكيمياء الحيوية من خلال<em&gt; في الموقع</em&gt; المغذيات التلاعب في تيار النظم الإيكولوجية

Dissolved organic matter (DOM) is a highly diverse mixture of molecules providing one of the largest sources of energy and nutrients to stream ecosystems. ...

Procedures of Laboratory Fumigation for Pest Control with Nitric Oxide Gas

الإجراءات المختبرية التبخير للسيطرة على الآفات مع غاز أكسيد النيتريك

Nitric oxide (NO) is a newly discovered fumigant for postharvest pest control. This paper provides detailed protocols for conducting NO fumigation on ...

Adherence of Bacteria to Plant Surfaces Measured in the Laboratory

الانضمام للبكتيريا لزراعة الأسطح قياسها في المختبر

This manuscript describes a method to measure bacterial binding to axenic plant surfaces in the light microscope and through the use of viable cell ...

Wastewater Irrigation Impacts on Soil Hydraulic Conductivity: Coupled Field Sampling and Laboratory Determination of Saturated Hydraulic Conductivity

مياه الري الآثار على الموصلية الهيدروليكية التربة: إلى جانب أخذ العينات الميدانية ومختبر تصميم الموصلية الهيدروليكية المشبعة

Since the early 1960s, an alternative wastewater discharge practice at The Pennsylvania State University has been researched and its impacts monitored. ...

Evaluating Dryocosmus Kuriphilus-induced Damage on Castanea Sativa

Evaluating Dryocosmus Kuriphilus-induced Damage on Castanea Sativa

تقييم كوريفيلوس دريوكوسموس-الناجمة عن الأضرار في البركة كستنه

Dryocosmus kuriphilus Yasumatsu has become a major pest for Castaneasativa since its arrival in Europe. Its galling activity results in the formation of ...

Construction of a Low-cost Mobile Incubator for Field and Laboratory Use

بناء حاضنة متنقلة منخفضة التكلفة للاستخدامات المختبرية والميدانية

Incubators are essential for a range of culture-based microbial methods, such as membrane filtration followed by cultivation for assessing drinking water ...

Measuring the Shape and Size of Activated Sludge Particles Immobilized in Agar with an Open Source Software Pipeline

قياس شكل وحجم الجسيمات للحماه معطلة في أجار مع أنبوب لبرمجيات مصدر المفتوح

Experimental bioreactors, such as those treating wastewater, contain particles whose size and shape are important parameters. For example, the size and ...

Modeling the Size Spectrum for Macroinvertebrates and Fishes in Stream Ecosystems

نمذجة طيف الحجم للفقاريات والأسماك في النظم الإيكولوجية للتيار

The size spectrum is an inverse, allometric scaling relationship between average body mass (M) and the density (D) of individuals within an ecological ...