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

עבודה זו נתמכה על ידי מחקר ביים תוכנית פיתוח (LDRD) של המעבדה הלאומית לורנס ברקלי הנתמכים על ידי המשרד של המדע, של מחלקת האנרגיה של ארצות הברית תחת חוזה מס דה-AC02-05CH11231, פרס דה-SC0014079 ארה ב מחלקת אנרגיה במשרד למדע UC ברקלי. עבודה בבית היציקה מולקולרית נתמך תחת ארה ב המחלקה של אנרגיה חוזה מס דה-AC02-05CH11231. אנו מודים גם סוזן מ קוסינה, קתרין לואי, בנימין עמ' בואן ו בנימין קול ג'יי-המעבדה הלאומית לורנס ברקלי על כל העזרה שלהם.

<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>

המחברים אין לחשוף.

הפרוטוקולים דיווחו כאן עבור השימוש במערכת האקולוגית פבריקציה נוספת כדי ליצור ש-ecofabs מספק משאבי הקהילה למפעל שיטתית לימודי ביולוגיה תנאי מעבדה מבוקרת מאוד. ההתקדמות הדפסת תלת-ממד מספקים טכנולוגיות נרחב נגיש עבור בניית וכוונון iteratively EcoFAB עיצובים. תא שורש המוצג כאן הוא נמצא כדי להיות גם מתאים הדמיה במיקרוסקופ ושמירה על עקרות, המאפשרים תוספת מבוקרת של חיידקים כדי לחקור אינטראקציות צמח-חיידק. פלטפורמת EcoFAB הוא תואם עם מיני צמחים שונים. חשוב לזהות את ההשפעות הפיזיולוגיות של גידול הצמחים בתוך תא שורש צרים כאלה ניסויים נוספים יידרשו כדי להכליל ממצאים צמחים הגדלים סביבות טבעיות.
השימוש סטרילי והמעברים LED לגדול אור מאפשר החקירה של ההשפעות של תנאי תאורה שונים, כולל אורך גל, עוצמת ומשך, על צימוח ופרמטרים פיזיולוגיים הקשורים במקביל. מליטה הפיך שורש צ'יימברס מאפשר השימוש של סובסטרטים מוצק כמו גם באשר במרחב לאסוף דגימות מוצק לניתוח הביוכימי ותעשיה. היישומים של מצעים מוצק, כגון קרקעות, חול קוורץ חרוזים, מציעים האפשרויות של שימוש EcoFABs כדי לבנות מערכות אקולוגיות מעבדה רלוונטי יותר אקולוגי. עם זאת, כל המערכות המובאת כאן שימוש רווי נוזלים (תרבויות הידרופוני) אשר אינם שיקוף מדויק של רוב קרקעות וזה יהיה חשוב עוד יותר לחדד עיצובים אלה כדי לשמור על כיסי אוויר בתוך האדמה, כך שהם מייצגים טוב יותר קרקעות טבעי.
השימוש של מצלמות פשוטות והן מיקרוסקופים מתואר להתפתחות תמונת מערכת השורשים מורפולוגיה-הן בתפזורת לרמות הסלולר. זו התאמה עבור ניטור שורש מורפולוגיה הדמיה וכימות צפוי להיות מועיל להבנת מנגנוני הרגולציה של הצמח אותות פיזיולוגיים ומולקולרית מופעלות על ידי צמח adaptions genotypic על תנאי הגידול. אולם, מגבלה לימוד והתפתחות פיזיולוגית השורש הוא המיקום האופקי הנוכחי של המכשיר EcoFAB. סביבות טבעיות, התגובה gravitropic שורשים מוביל להתפתחות בעיקר אנכי של מערכת השורשים. לפיכך, מערכת אופקית המובאת כאן סביר להניח שונה כמה גורמים של סביבה טבעית, הזיוף של מערכות EcoFAB עם המיקום האנכי של תא השורש הוא מטרה רצויה עבור גירסאות עתידיות של EcoFAB. למרות המכשירים EcoFAB הנוכחי ממוקמים אופקית, הניתוח של פרמטרים מורפולוגיה שורש בתנאים שונים, או בתגובה חיידקים, אפשרי. הדמיה ברזולוציה גבוהה ניתן להחיל כדי ללכוד שורש dynamics קולוניזציה של מבודד יחיד או קהילות, מתן מידע על הצמח אילו חלקים הם התנחלו בתנאים שונים מזין מספיק, לקוי. הוא צפוי כי מחקרים כאלה תספק תובנות חדשות חשובות איך צמח microbiomes הם, ו כיצד הדינמיקות האלה משתנים במשך הזמן, למשל כמו שורשי לפתח.
Microfluidic התקנים לאפשר הדמיה של צמחים צעירים מאוד, בדרך כלל הכמות של מטבוליטים שנאספו אינה מספקת עבור ניתוח איכות המזון. מערכות על בסיס אדמה, כגון rhizotrons, לאפשר ההדמיה של השורש מורפולוגיה כאשר גם הצמחים הופכים עם chemiluminescent לבנות (Glo-root) או עם שיטות מבוססות-NMR33,34. מטבוליט ושילוב מערכות אלה הם זמן רב בשל נפח גדול של דוגמאות. EcoFABs הם שילוב של שניהם: הזיוף דומה למכשירים microfluidic. EcoFABs נועדו להיות פשוט וזול להתרבות, אך ניתן לכוונן את הגודל של החדר לגדל צמחים עם מערכות שורשים קטן או גדול, ועד לשלבים הרבייה שלהם. תצפיות סימולטני של שינויים מורפולוגיה שורש, שורש exudation אפשריים. המערכת היא סטרילית, המאפשרים תוספת מבוקרת של חיידקים מסוימים.
EcoFABs נועדו לאפשר מבוא מבוקרת דגימה של חיידקים, מטבוליטים. באופן ספציפי, דגימות שנאסף תאי צמיחה השורש נמצאות להיות מספיק עבור יצירת פרופילים המטבוליט ספקטרוסקופיות המוני. השילוב של הדמיה ספקטרומטר מסה (למשל., נימס הטכניקה המובאת כאן) מספקת גישה גמישה ללמוד מטבוליט הפצות המרחבי של מערכות השורשים. טכניקה זו צפויה להיות מועיל איזוטופ יציב בעתיד עקיבה ניסויים ולוקליזציה מיפוי מיקרוביאלי מטבוליטים ספציפי36. בעוד פרוטוקול זה התמקדה מבודד יחיד, אותו עיצוב בהחלט ניתן לקהילות מורכבים יותר. אמצעי אחסון מדגם של ביומסה בתוך EcoFABs סביר יותר ממספקת. עבור שילוב נוסף עם טכנולוגיות רצף ה-DNA, אשר יהיה חשוב איפיון וניטור מבנה הקהילה מיקרוביאלי והביטוי ג'ין.
לסיכום, פרוטוקול זה פרטים הזיוף של מערכות אקולוגיות מעבדה מיועד החקירה של אינטראקציות צמח-חיידק, עם דגש על שיטות פשוטה ונגישה בקלות שניתן ליישם או המורחבת על ידי חוקרים ברחבי העולם. המאמצים הנוכחיים מכוונים הממחיש את הפארמצבטית בין מעבדות, השילוב של מערכת בקרת טמפרטורה כזה כי כל EcoFAB עצמאי שלטו אור וטמפרטורה. קידום נוסף המערכת יהיו השילוב של דגימה אוטומטית, מילוי מחדש של התאים שורש EcoFAB ופיתוח של פרוטוקולים לשחזור להקמת מפעל הרלוונטיים microbiomes בתוך EcoFABs.

היישום של הצמח מועיל חיידקים בחקלאות מציע פוטנציאל אדיר להגברת ייצור דלק ביולוגי מאצות לספק עבור גידול האוכלוסייה1,2,3,4ואוכל בר קיימא. כמות משמעותית של עבודת תומך את החשיבות של צמח microbiomes צמח ספיגת התזונתי, עמידות בפני לחצים, עמידות בפני מחלות5,6,7,8. עם זאת, קשה לחקור מנגנונים אלה של אינטראקציות צמח-חיידק ב שדה אקולוגיות בשל המורכבות ואת irreproducibility המשויך ואת חוסר היכולת לשלוט בדיוק microbiome הרכב וגנטיקה (למשל., באמצעות חיידקים מוטנטים)4,9,10.
אסטרטגיה אחת היא לבנות מערכות אקולוגיות דגם פשוטה כדי לאפשר מבוקר, משוכפל שמוכר חוקרים אינטראקציות צמח-חיידק ליצירת התובנות יכול להיבדק עוד יותר שדה10,11, 12. המושג הזה בונה על הגישות המסורתיות בעזרת הצמחים גדלו בעציצים מלא אדמה או על אגר לוחות בתוך חממות או חממות13. למרות אלה יוותר הנפוצים ביותר גישות, הם חסרים את היכולת לפקח במדויק ולטפל סביבות גידול הצמח. הקצוות האלה, rhizoboxes, rhizotrons מייצגים על שיפור משמעותי ביכולת ללמוד תהליכים מתחת לקרקע14,15ו הראשונה הפרוטוקולים פורסמו לניתוח rhizosphere מטבוליטים קרקע16. לאחרונה, כדי לאפשר ניתוח תפוקה גבוהה, microfluidic מתקדמים התקנים13,17 כגון צמח שבב18,19, RootArray20RootChip21, היו פיתח כלי יעיל עבור הצמח phenotyping עם רזולוציה מרחבית בקנה מידה מיקרומטר לעקוב אחר השלבים הראשונים צמיחה של צמח מודל קטן תודרנית לבנה במדיום זרימת הנוזל. לאחרונה, פלטפורמה הדמיה דו שכבתי תוארה המאפשרת הדמיה שורש השיער של תודרנית לבנה בשלב שתיל עם פלטפורמה microfluidic22.
. הנה, פרוטוקולים מפורט עבור בניית מכשירי מעבדה מבוקרת (EcoFABs) ניתנים, לימוד אינטראקציות צמח חיידק ולהראות כי הם יכולים לשמש כדי לחקור מגוון צמחים כולל תודרנית לבנה, עקצר distachyon23, את חשובה מבחינה אקולוגית שועל Avena barbata, ועל היבול bioenergy ושכנותיה virgatum (switchgrass). EcoFAB היא פלטפורמה גידול הצמח עקר הכולל שני מרכיביה העיקריים: EcoFAB ההתקן ואת מיכל שקוף בגודל הצמח סטרילי. EcoFAB המכשיר מורכב מ polydimethylsiloxane (PDMS) תהליך זה כרוך הליהוק PDMS הייצור שכבות של תבנית פלסטיק מודפסים 3D ו מליטה PDMS שכבות על גבי שקופיות מיקרוסקופ בשיטות בעבר דיווחו24,25 . ההליכים מפורט של זרימת עבודה EcoFAB, כגון התקן פבריקציה נוספת, עיקור, נביטת הזרעים, השתלת שתיל, חיידק חיסון/cocultivation, הכנת הדוגמא, ניתוח, מתוארים פרוטוקול זה (איור 1). שינויים ותיקונים נוספים של זרימת העבודה הבסיסית מתוארים, הכוללים התקנת המחשב נשלט LED אורות לבין הניצול של סובסטרטים מוצק. הניצול של הדמיה טכניקות כדי לחקור את השורש מורפולוגיה משתנה, מושבת חיידקים של שורשים, ומתוארות הדמיה ספקטרוסקופיות מסה של השורש exudates. אנו צופים כי העיצוב פשוט, זול המבוסס על חומרים זמינים, כמו גם את הפרוטוקולים מפורט המובאים כאן, תהפוך את הפלטפורמה EcoFAB משאב הקהילה, סטנדרטיזציה במחקרי מעבדה צמח-microbiome.

<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

אינטראקציות צמח מועיל-חיידק להציע פתרון הביולוגי בר קיימא עם פוטנציאל כדי להגביר את ייצור המזון, bioenergy קלט-נמוך. הבנה מכניסטית יותר של אינטראקציות מורכבות צמח-חיידק אלה תהיה מכרעת לשיפור ייצור במפעל כפי אקולוגית כן מבצע basic ללימודי אינטראקציות צמח-אדמת-חיידק החקירה. . הנה, תיאור מפורט של המערכת האקולוגית ייצור מוצג, שימוש נרחב זמין טכנולוגיות הדפסה תלת-ממדית, ליצירת מעבדתית מבוקרת בתי גידול (EcoFABs) ללימודי מכניסטית של אינטראקציות צמח-חיידק בתוך ספציפי סביבתיים תנאים. שתי מידות של EcoFABs מתוארים ומותאם החקירה של חיידקים אינטראקציות עם מיני צמחים שונים, לרבות תודרנית לבנה, עקצר distachyon virgatum ושכנותיה. התקנים אלה זרימה דרך לאפשר עבור מבוקר מניפולציה דגימה של שורש microbiomes, שורש כימיה, כמו גם הדמיה של השורש מורפולוגיה ולוקליזציה מיקרוביאלי. פרוטוקול זה כולל את הפרטים עבור שמירה על תנאים סטריליים בתוך EcoFABs, הרכבה מערכות עצמאיות של אור LED על גבי EcoFABs. שיטות מפורט עבור תוספת של צורות שונות של מדיה, כולל קרקעות, חול, צמיחה נוזל מדיית מצמידים אפיון מערכות אלה באמצעות הדמיה, גליקומיקס מתוארים. יחד, מערכות אלו מאפשרים חקירה דינמי ומפורט של צמח, צמח מיקרוביאליים קונסורציומים כולל המניפולציה של קומפוזיציה microbiome (כולל מוטציות), פיקוח על צימוח, מורפולוגיה שורש, הרכב תפליט, ו לוקליזציה של חיידקים תחת תנאי סביבה מבוקרת. אנו צופים כי פרוטוקולים נתונים היסטוריים אלה ישמש נקודת מוצא חשובה עבור חוקרים אחרים, באופן אידיאלי עוזר ליצור מערכות ניסויות מתוקננת על חקירת אינטראקציות צמח-חיידק.

כל מערכת EcoFAB כולל התקן EcoFAB, צמח בגודל מיכל פלסטיק שקוף. מכשיר EcoFAB אחד יש מאגר צמח תא צמיחה השורש, כניסת זרימה של 1.6 מ מ, פורקן 1.6 מ מ עבור התקן EcoFAB רגיל (איור דו-ממדי & H איור 3) או שקע 10 מ מ רחב-outlet EcoFAB התקן (איור 2F & דמות 3עכשיו ). המאגר הצמח מתוכנן בצורת טרפז זה כולל פתיחת העליון 6 מ מ, פתיחת התחתון 3 מ מ, עיצוב זה מקטין את הסיכוי של זליגת זרם במהלך הזרקת נוזל ומבטיח גם מספיק מקום לצמיחה צמח. תא צמיחה השורש מאמצת צורה אליפטית עם 2 מ מ עומק כדי להתאים מערכות השורשים של צמחים דגם רבים, כפי שמוצג באיור 2C ו- E. ערוצי כניסת והן עודפים של מכשיר EcoFAB רגיל יכול להיות מחובר עם אבובים PTFE אז פתרונות תזונתיים יכולה לזרום אל החדר צמיחה השורש מבלי לפתוח את מיכל EcoFAB. המכשיר EcoFAB רחב-outlet מאוד מפחית את ההתנגדות זרימה של השקע, ומשמש רצוי כאשר ועציצים עם מערכות שורש עבה או איסוף מעת לעת exudates שורש לאחר מערכות מורכבות שורש הנגזרות מן הצומח.
התבניות ליציקת עבור בדיית PDMS שכבות של EcoFAB התקנים נוצרים תוכנה עיצוב ולאחר מכן 3D שהודפס נוקשה photopolymers אטומה, כפי שמוצג באיור 2 , איור 3. צמחים בתוך EcoFABs ניתן לצפות ישירות עם מיקרוסקופ באמצעות עבודה מרחוק, הקפדה שסטריליות לגדול סביבה (איור 8A, הקבצים המשלימים 1). EcoFAB התקנים עם צמחים יכול להתאים גם על גבי הבמה מיקרוסקופ ברזולוציה גבוהה, המאפשרת הדמיה ברזולוציה גבוהה של אינטראקציות צמח-חיידק (איור 8 ב', הקבצים המשלימים 2). עקרות שלא נשמר בסביבה זו, דימות ברזולוציה גבוהה מתאים לכן רק הקצה של מדידות.
EcoFABs נועדו לאפשר מחקרים שיטתיים של צמחים, כגון המורפולוגיה שלהם, שיטות ההזנה קהילות מיקרוביאלי בשלבי גדילה שונים שלהם ברחבי מחזורי החיים שלהם. כאן, EcoFABs נבחנו כפלטפורמה כללי ללמוד מגוון רחב של מיני צמחים. איור 8C -E הצג 7 - בן יום תודרנית לבנה, עקצר distachyonו virgatum ושכנותיה גדל ב- EcoFABs. כל שלושת הצמחים נמצאו לגדול היטב EcoFAB מעל לחודש. את dicot, תודרנית לבנה וגם את monocot, distachyon עקצר נמצאו לעמוד בציפיות שלהם שלבים רבייה EcoFABs.
הפיך איטום המערכת מאפשר השימוש של סובסטרטים מוצק (למשל., אדמה) בתוך EcoFABs (שלב 2.2). זה הפיך איטום גישה מאפשר טעינה של סובסטרטים מוצק אל תאי צמיחה השורש, ומאפשרת גם אוסף דוגמאות מאזורים ספציפיים של שורש rhizospheres. איור 8F -H הצג קבוצה של 14 - בן יום distachyon עקצר גדל הידרופוני בינוני, כמו גם חול ואדמה בתוספת הידרופוני בינוני (חול) ומים (אדמה). שכבת מצע מוצק דק ב תאי צמיחה השורש מאפשר לאור לחדור דרך עבור הדמיה מיקרוסקופיים של מערכות השורשים.
מורפולוגיה שורש מוגדר תצורת המרחב והפצה של מערכת השורשים הצמח, אושרה בתור מענה חיוני פיזיולוגיה סביבות גידול מגוונים, כגון חומרי מזון או מים זמינות32,33, 34. EcoFABs מספקים גישה נוחה של הלומדים מורפולוגיה של צמחים לאורך זמן או בתנאים שונים התזונתי. איור 9A-F להראות דוגמה של שימוש EcoFABs כדי לעקוב אחר שורש מורפולוגיות של distachyon עקצר בשלושת השבועות הראשונים. שתיל עקצר distachyon הועבר לתוך המכשיר EcoFAB, מבנהו שורש הוקלט על ידי מצלמה בתוך imager ג'ל ביו-ראד. התוכנית עיבוד תמונה, כגון תמונה J, python ו- matlab, ניתן להחיל יותר לכמת את השינויים של השורש מורפולוגיות לאורך זמן, או בינוני בסביבות שונות. כימות של אזור השורש הכולל במהלך שלושה שבועות הראו עלייה הדרגתית בשלב מוקדם (< שבוע 1) ואחריו למגמת צמיחה לינארית לסופו של שלושה שבועות, כפי שמוצג באיור 9G.
מניע ראשי לבנות את EcoFAB היא לחקור אינטראקציות צמח-חיידק. כפי שמתואר בשלב 5.4, מיקרואורגניזמים מועברים לתוך תאי צמיחה השורש של EcoFAB התקנים דרך ערוץ כניסה. איור 10 מראה, EcoFAB המכיל Pseudomonas simea (לשעברfluorescens) WCS417 (WCS417), גידול הצמח קידום rhizobacteria עם תוויות chemiluminescent, נוספה לתוך המערכות שורש הצמח עם ריכוז 106 תאים לכל צמח. האות WCS417 זוהה עם imager ג'ל, אשר הצביעו בהתפלגות מרחבית ברורים של חיידקים WCS417 בתאי הגידול שורש. שניהם MS נוזלי בינוני עם או בלי מצע מוצק חול, WCS417 חיידקים התנחלו המשטחים של מערכות השורשים כולו עם החיידקים מרוכזים סביב האזורים קצה השורש, כנראה עקב ייצור מזין פעיל של השורש טיפים (איור 10G & H)35. מצד שני, החיידקים WCS417 על מצע אדמה שהצטברו באזור מאגר צמח במקום טיפים שורש (איור 10אני). כמו החיידקים נוספו דרך ערוץ הקניות, החיידקים היו גם מסוגל לנוע במצע אדמה, אבל לא צוברים הבסיס, כפי שנצפתה נוזלי בינוני עם או בלי חול. זה יכול להצביע על כי הקרקע היא מקור מזין מספיק, החיידקים, היגרו אל המאגר צמח תנאים אופטימליים נשימה.
ללמוד מטבוליט פרופיל של הצמח שורש exudates, כמו גם ספיגת מטבוליט ושחרור של אינטראקציות צמח-חיידק, הפתרונות תפליט מ תאי צמיחה השורש נאסף על פני שלבים שונים של צמיחה של צמחים EcoFABs. כפי שמתואר בשלב 6, תפליט דגימות מחולצים ואז לניתוח LC-MS. באמצעות שיטה זו, מגוון של מטבוליטים שידר ליד המפעל, הנצרכים על-ידי חיידקים זוהה, פרופילים המטבוליט קשורים של שורש exudates עם ובלי מושבת חיידקים נמצא כעת תחת חקירה.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57170/57170fig1.jpg"> איור 1: זרימת העבודה EcoFAB. צמחים הם מונבטים בצלחת, להעביר את EcoFAB מעוקר, החיידקים יכולים להתווסף. דגימה גמישה: שורש exudates ניתן לטעום, עם תמונה, מורפולוגיה השורש, ניתן לאבחן. דגימה הרסני מאפשר ניתוח של חיידק, שורש ופרמטרים לירות בפירוט.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57170/57170fig2.jpg"> איור 2: הרכיבים של תלת-ממד מודפס ליציקות ייצור ההתקן EcoFAB. (א) העליונה ותצוגת מוטה של מסגרת הליהוק. (ב) העליונה ותצוגת מוטה של מוסף. (ג) העליון ונוף מוטה של בסיס עובש סטנדרטי. (ה) העליונה ותצוגת מוטה של בסיס רחב-outlet עובש. (D, F) התאספו ליציקות בדיית מכשירים EcoFAB רגיל, רחב-outlet, בהתאמה. הממדים סגלגל 51 מ"מ x 34 מ"מ עובש EcoFAB קטנים הינם 76 מ"מ x 62 מ"מ עובש EcoFAB גדולים. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57170/57170fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57170/57170fig3.jpg"> איור 3: ייצור ההתקן EcoFAB. (א) לשפוך את התערובת של אלסטומר הבסיס, ריפוי סוכן לתבנית. (ב) חימום העובש עם תערובת ב 85 מעלות צלזיוס במשך 4 h (ג) הסרת את תותב העובש. (ד) להפריד את PDMS בין המסגרת הליהוק. (ה) דוחף את התבנית בסיס אל מחוץ למסגרת הליהוק. (ו) באמצעות סכין להפריד את PDMS העובש לאורך שולי. (ז) לקלף את השכבה PDMS לאט מחוץ לבסיס עובש. (H) מציץ חורים עבור ערוצי כניסת והן עודפים של השכבה PDMS רגיל. (I) מציץ חור עבור הערוץ כניסת של השכבה PDMS רחב-outlet. (J) PDMS השכבה (שבוצעו של אלסטומר 15:1 בסיס אשפרה הסוכן תערובת) ושקופית מיקרוסקופ לשטוף, הועבר לתוך מסך פלזמה מנקה עבור מליטה. (K) באמצעות מלחציים להחזיק את השכבה PDMS (שבוצעו של הבסיס elastomer 5:1 אשפרה הסוכן תערובת) לשקופית מיקרוסקופ. (יב) הקשה על השכבה PDMS (עשוי בסיס elastomer שכן של כדי אשפרה הסוכן תערובת) ישירות לשקופית מיקרוסקופ. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57170/57170fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57170/57170fig4.jpg"> איור 4: עיצוב מותאם אישית מלחציים. (א) העליון ולא מקבילות תצפית מלמעלה תהדק את צלחת. (B) תצוגות העליון ולא מוטה של תחתון תהדק את הצלחת. (ג) העליון ונוף מוטה של קלאמפ התאספו עם ארבע קבוצות של הקס ברגים cap. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57170/57170fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57170/57170fig5.jpg"> איור 5: התקנת LED נורות הגידול. (א) סימון החוצה מיקומי פריטים 9 LED בספירלה מסביב למכולה EcoFAB. (ב) LED קליפים מחובר לגורם EcoFAB. (ג) threading רצועה LED דרך סרטונים אלה. (ד) חיבור לרצועת LED על בקר חוטית עם ספק כוח 24V. (ה) תיאור סכמטי של תיל חיבורים אל הבקר. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57170/57170fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57170/57170fig6.jpg"> איור 6: העברת השתילים לתוך EcoFABs. (א) צמחים עקצר distachyon גדל במשך יומיים על צלחת 0.5 MS. (ב) מילוי תא שורש עם מדיום הגידול של הצמח. (ג) באמצעות פינצטה בזהירות להוסיף השורש לתוך המאגר הצמח. (ד) איטום המכולה EcoFAB עם קלטת micropore, לאחר הוספת 3 מ"ל של מים בתחתית המיכל. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57170/57170fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57170/57170fig7.jpg"> איור 7: נימס הדמיה של הצמח שורשים ב- EcoFABs. (א) distachyon עקצר גדל EcoFAB סטרילי. (ב) צירוף השכבה PDMS עם המפעל על גבי שבב נימס עבור מינימום 20 (ג) שימוש נחושת קלטת לצרף את השבב נימס לצלחת MALDI מותאם אישית, טעינתה לתוך ספקטרומטר מסה MALDI. (D-G) 7 - בן יום אחד, אחד 20 - בן יום distachyon עקצר צמח המשמש נימס הדמיה (D, E) ואת התמונות נימס המתאים (F, G). היונים הדומיננטית היו מודגשים, אדום, ירוק וכחול. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57170/57170fig7large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57170/57170fig8.jpg"> איור 8: יישומים כלליים של EcoFABs. (א) ישירות לכידה שורש צמיחת עקצר distachyon ב EcoFAB עם מלכודת מיקרוסקופ מרחק עבודה. (ב) ישירות התבוננות שורש-חיידק אינטראקציות עם מלכודת מיקרוסקופ ברזולוציה גבוהה. (ג-ה) 7 - בן יום תודרנית לבנה (C), עקצר distachyon (ד) ו- virgatum ושכנותיה (E) במדיום הידרופוני 0.5 MS, (F-H) 14 - בן יום distachyon עקצר גדל ב- 0.5 MS הידרופוניקה (נ), חול (G), אדמה (H) המצע שסופק עם 0.5 MS בינוני ומים, בהתאמה. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57170/57170fig8large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57170/57170fig9.jpg"> איור 9: שימוש EcoFABs ללמוד שורש מורפולוגיה. (A-F) התפתחות שורש עקצר distachyon גדל EcoFABs מלא עם 0.5 MS בינוני במהלך שלושת השבועות הראשונים: (א) 2 ימים, 4 (ב) ימים, (ג) 7 ימים, 11 (ד) ימים, ימים 14 (ה), (ו) 21 ימים של צמיחה. (ז) שורש בממוצע פני שטחים הוערך על ידי תוכנה ImageJ. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57170/57170fig9large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57170/57170fig10.jpg"> איור 10: שימוש EcoFABs ללמוד אינטראקציות שורש-חיידק. (A, B, C) קבוצה של 15 - בן יום עקצר distachyon להמדינות עם Pseudomonas fluorescens WCS417 בצורות שונות של סובסטרטים פתרון, חול ואדמה נוזלי מדיה-MS. (D, E, F) שדה בהיר תמונות של מערכות השורשים שלהם. (G, H, אני) התמונות chemiluminescent המקביל של מערכות אלה השורש לאחר 14 ימים שיתוף הטיפוח-תרגול. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57170/57170fig10large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
קובץ משלים 1. שימוש EcoFAB כדי ללכוד צמיחה השורש. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57170/video1_capture_growing_roots_(2).mp4">אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ.</a>
קובץ משלים 2. שימוש EcoFAB כדי ללכוד אינטראקציות שורש-חיידקים. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57170/video2_capture_root_microbes_interaction.avi">אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ.</a>

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

מאמר זה מתאר מפורטת פרוטוקולים עבור ייצור המערכת האקולוגית של התקנים (EcoFABs) המאפשרים את הלימודים של הצמחים והאינטראקציות צמח-חיידק בתנאי מעבדה מבוקרת מאוד.

המערכת האקולוגית פרוטוקולים פבריקציה נוספת (EcoFAB) להקמת מערכות אקולוגיות מעבדה שנועדה ללמוד אינטראקציות צמח-חיידק

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

מעבדה מבדק-האכלת דגים לבחינת פעילות Antipredatory של משני מטבוליטים מהרקמות של אורגניזמים ימיים

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

CO<sub&gt; 2</sub&gt; מתקן מפל ריכוזים לבדיקה CO<sub&gt; 2</sub&gt; העשרה וקרקע השפעות על תפקוד המערכת האקולוגית גראסלאנד

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

הבנה מומס אורגני Biogeochemistry דרך<em&gt; באתרו</em&gt; מניפולציות מזינות במערכות אקולוגיות זרמו

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

תהליכי מעבדה ההדברה להדברה בגז תחמוצת החנקן

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

דבקותה של חיידקים לשתול משטחים הנמדדים במעבדה

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

שפכים השפעות השקיה על אדמת מוליכות הידראולית: מצמידים שדה דגימה ונחישות מעבדה של רוויה מוליכות הידראולית

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

הערכת Dryocosmus Kuriphilus-induced נזק על ערמון

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

הקמת חממה נייד בעלות נמוכה עבור שדה והשתמש מעבדה

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

מדידת לצורה ולגודל החלקיקים בוצה מופעל מרותק למיטה בטיפול אגר עם צינור תוכנה קוד פתוח

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

מידול ספקטרום הגודל של מאקרוחסרי חוליות ודגים בזרם מערכות אקולוגיות

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