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

Эта работа была поддержана лаборатории направлены исследования и развития (МЦРУ) программа Лоуренса Беркли национальной лаборатории, поддерживается управление науки, министерства энергетики США под контракт № ДЕ-AC02-05CH11231 и награду де-SC0014079 из США Департамента энергетики отделение науки в университете Беркли. Работа на молекулярных литейного было поддержано в США Департамента энергетики контракт № ДЕ AC02-05CH11231. Мы также благодарим Сьюзан м. Kosina, Кэтрин Louie, Бенджамин P. Боуэн и Бенджамин д. Коул в национальной лаборатории Лоуренса в Беркли за всю их помощь.

<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>

Авторы не имеют ничего сообщать.

Протоколы сообщили здесь для создания с помощью экосистемы изготовление EcoFABs предоставляет ресурсы сообщества для систематического завод биологии исследования в очень контролируемой лабораторных условиях. Достижения в 3D печати обеспечивают широко доступных технологий для строительства и итеративно доработки EcoFAB дизайна. Корневой камеры, представленные здесь оказалась хорошо подходит для изображений микроскопии и поддержания стерильности, позволяя контролируемым добавлением микробов расследовать завод микробных взаимодействий. EcoFAB платформа совместима с различными видами растений. Важно признать физиологические эффекты выращивания растений в пределах узких корневой камеры, таким образом, что потребуются дополнительные эксперименты для обобщения выводов для растений в природных условиях.
Использование стерильных палат и СИД растет свет позволяет исследование эффектов различных условиях освещения, включая волны, интенсивности и продолжительности, на рост растений и связанных с ними физиологические параметры параллельно. Реверсивные склеивание корневой камеры позволяют использование твердых субстратов, а также пространственно сбора твердых образцов для анализа биохимических и генетических. Приложения твердых субстратов, например почвы, песка и бусинки кварца, предлагают возможности использования EcoFABs для создания более экологически соответствующих лабораторных экосистем. Однако всех систем, представленных здесь использовать насыщенная жидкость (гидропонные культуры), которые не являются точным отражением большинство почв, и он будет иметь важное значение для дальнейшего уточнения этих конструкций для поддержания воздушные карманы в почве, таким образом, чтобы они лучше представляют естественных почв.
Использование простой камеры и микроскопы описан образ корневой системы морфология развития на обоих оптом на клеточном уровне. Это пригодность для мониторинга корень морфология изображений и количественной оценки, вероятно, будет полезным для понимания механизмов регулирования, завод физиологические и молекулярных сигналов, вызванных генотипической приспособления растений к условиям роста. Однако ограничение для изучения развития физиологических корень является текущее горизонтальное расположение устройства EcoFAB. В природных условиях корни gravitropic реакция приводит к преимущественно вертикальное развитие корневой системы. Таким образом горизонтальные системы, представленные здесь вероятно отличается в некоторых факторов от природной среды, и изготовление EcoFAB систем с вертикального размещения корневой камеры является желательной целью для будущих версий EcoFAB. Хотя текущий EcoFAB устройства расположены горизонтально, анализ корневых морфология параметров в различных условиях, или в ответ на микробы, возможно. Высокое разрешение изображений может применяться для захвата динамика колонизации корень одного изолятов или общин, предоставление информации, о которых завод частей колонизировали в различных питательных веществ достаточной и неудовлетворительных условий. Предполагается, что такие исследования обеспечит важный новый взгляд на как microbiomes завод собираются, и как эти динамики изменения с течением времени, например, как корни развиваться.
Microfluidic приборы позволяют изображений очень молодых растений, и обычно количество метаболитов собранные не является достаточным для анализа LCMS. Почвы-систем, таких как rhizotrons, позволяют изображений корень морфологии, трансформированные либо растения с хемилюминесцентный конструкции (Glo корень) или методы, основанные на ЯМР33,34. Экстракции метаболитов из этих систем являются много времени из-за большого количества образцов. EcoFABs являются сочетанием обоих: Изготовление похож на microfluidic приборы. EcoFABs были разработаны для простой и недорогой воспроизвести, но размер камеры может быть скорректирована выращивать растения с малыми или большими корневой системы, вплоть до стадии их репродуктивного. Одновременного наблюдения изменения морфологии корень и экссудацию корень возможны. Система является стерильной, позволяя контролируемой добавление определенных микробов.
EcoFABs предназначены для включения контролируемых введение и выборки микробов и метаболитов. В частности пробы из камер роста корня находятся должно быть достаточно для массового спектроскопических метаболит профилирования. Интеграции изображений масс-спектрометрия (например., НИМС техника, представленная здесь) обеспечивает неразрушающего подход изучения пространственных распределений метаболит корневых систем. Этот метод, вероятно, будет полезно в будущем стабильного изотопа трассировки экспериментов и картирования микробной локализации для конкретных метаболитов36. Хотя этот протокол была сосредоточена на одном изолятов, тот же дизайн конечно может использоваться для более сложных сообществ. Образец томов и биомассы в EcoFABs, вероятно, более чем достаточно для дальнейшей интеграции с технологиями секвенирования ДНК, который будет важным характеризующие и мониторинга микробных структуры и ген выражение.
В заключение, этот протокол подробности изготовления Лаборатория экосистем, предназначен для исследования растений микробных взаимодействий, с упором на простых и доступных методов, которые легко могут быть реализованы и продлил исследователями вокруг мир. Нынешние усилия направлены на демонстрацию воспроизводимость между лабораториями и интеграция системы контроля температуры, таким образом, что каждый EcoFAB будет независимо контролируемые света и температуры. Дальнейшее развитие системы будет интеграция автоматической выборки и заправки EcoFAB корень камер и разработка воспроизводимых протоколов для установления соответствующих завод microbiomes в пределах EcoFABs.

Приложение полезно завод микробов в сельском хозяйстве предлагает большой потенциал для увеличения устойчивой продовольственной и производство биотоплива для обеспечения для растущего населения1,2,3,4. Значительное количество работ поддерживает важность растений microbiomes растений питательных, терпимости к стрессам и сопротивление болезни5,6,,78. Однако, трудно расследовать эти механизмы растений микробных взаимодействий в области экосистем из-за сложности и связанные невоспроизводимость и неспособность точно контролировать состав микрофлора и генетики (например., используя микробных мутантов)4,9,10.
Одна стратегия заключается в построении упрощенную модель экосистемы для включения контролируемых, реплицируемых лабораторных экспериментов, расследование завод микробных взаимодействий для генерировать идеи, которые далее могут быть проверены в поле10,,11 12. Эта концепция основывается на традиционных подходов с использованием растений, выращенных в горшках, заполненные почвы или на плитах агара в теплицах или инкубаторы13. Хотя они, скорее всего, останется наиболее широко используемых подходов, они лишены возможности точно контролировать и манипулировать среды рост растений. В этих целях rhizoboxes и rhizotrons представляют собой значительное улучшение в способности учиться подземных процессов14,15, и для анализа ризосфере метаболитов в почве16были опубликованы первые протоколы. Совсем недавно чтобы включить анализ высокой пропускной способности, были дополнительно microfluidic приборы13,17 таких растений чип18,19, RootArray20и21RootChip, разработан как эффективные инструменты для растений фенотипа с пространственным разрешением микрометр шкала для мониторинга на ранних стадиях роста маленькая модель растение Arabidopsis thaliana в среде потока жидкости. Недавно двухслойная изображений платформы был описан, позволяющий корневого волоска изображений Arabidopsis thaliana на этапе сеянца с microfluidic платформа22.
Здесь подробные протоколы для построения управляемой лаборатории устройства (EcoFABs) предоставляются, для изучения растений микробных взаимодействий и показать что они могут использоваться для изучения различных растений, включая Arabidopsis thaliana, особенно distachyon23, экологически важных дикий овес barbata Авена и биоэнергетическая культура просо заострённая (switchgrass). EcoFAB представляет собой стерильный завод роста платформу, которая включает два основных компонента: стерильный завод размера прозрачный контейнер и EcoFAB устройство. EcoFAB, которую устройство изготавливается из полидиметилсилоксан (PDMS) производственного процесса, который включает в себя приведение PDMS слои от 3D печатной прессформа и связывания PDMS слои на скольжениях микроскопа, с использованием методов, ранее сообщили24,25 . Подробные процедуры EcoFAB рабочего процесса, например изготовление устройство, стерилизации, прорастание семян, пересадка рассады, микробных иммунизации/cocultivation, пробоподготовки и анализа, описаны в настоящем Протоколе (рис. 1). Дальнейшие модификации базового рабочего процесса описаны, включая установку компьютера контролируемых привело растут огни и использования твердых субстратов. Использование изображений методы для изучения морфологии корень изменения, микробная колонизация корней, и массовых спектроскопических изображений корень экссудата описаны. Мы ожидаем, что простой, недорогой дизайн, основанный на легко доступных материалов, а также подробные протоколы, представленные здесь, превратит EcoFAB платформы в ресурс сообщества, стандартизации завод микрофлора лабораторных исследований.

<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

Полезных растений микробных взаимодействий предлагают устойчивого биологического решения с потенциалом для увеличения производства продовольствия и биоэнергии низкозатратных. Лучше механистического понимания этих сложных растений микробных взаимодействий будет иметь решающее значение для улучшения производства завода, как хорошо, как исполняющая основные экологические исследования следственный растение почва микробных взаимодействий. Здесь представлены подробное описание для изготовления экосистемы, использование широко доступных технологий 3D печати, для создания контролируемой лабораторной среды обитания (EcoFABs) для механистический исследования растений микробных взаимодействий в рамках конкретных экологических условий. Два размера EcoFABs описаны которые подходят для расследования микробных взаимодействий с различных видов растений, в том числе Arabidopsis thaliana, особенно distachyonи просо заострённая. Эти потока через устройства позволяют контролируемых манипуляции и выборки из корня microbiomes, корень химии, а также визуализации корень морфологии и микробных локализации. Этот протокол включает в себя сведения о поддержании стерильных условий внутри EcoFABs и монтаж независимых Светодиодных световых систем на EcoFABs. Подробные методы для добавления различных форм средств массовой информации, включая почвы, песка и жидких питательных сред в сочетании с характеристика этих систем с использованием изображений и метаболомики описаны. Вместе, эти системы позволяют динамических и подробное расследование завод и завод микробные консорциумы, включая манипуляции микрофлора состава (включая мутанты), мониторинг роста растений, корень морфологии, состав экссудата, и микробные локализации в контролируемых условиях окружающей среды. Мы ожидаем, что эти подробные протоколы будут служить важной отправной точкой для других исследователей, идеально помогает создавать стандартизированные экспериментальных систем для расследования завод микробных взаимодействий.

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

Эта статья описывает подробные протоколы для изготовления экосистемы устройств (EcoFABs), которые позволяют исследования растений и завод микробных взаимодействий в очень контролируемой лабораторных условиях.

Экосистема изготовление (EcoFAB) протоколы для строительства лаборатории экосистем, предназначенных для изучения растений микробных взаимодействий

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

Рыба вскармливания Лаборатория биоанализа для оценки состояния Antipredatory активность вторичных метаболитов из тканей морских организмов

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

СО<sub&gt; 2</sub&gt; Градиент концентрации средства для проверки СО<sub&gt; 2</sub&gt; Эффекты обогащения и почвы наложенным Пастбища экосистем

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

Понимание растворенное органическое вещество биогеохимии Через<em&gt; В Ситу</em&gt; Питательные манипуляциях в потоке экосистемам

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

Процедуры лабораторных фумигации вредителями с газом окиси азота

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

Присоединение бактерий к заводе поверхности измеряется в лаборатории

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

Орошения воздействие сточных вод на гидравлической проводимости почвы: сочетании области выборки и лабораторного определения насыщенных гидравлической проводимости

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

Оценки Dryocosmus Kuriphilus-индуцированного повреждения на Каштан посевной

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

Строительство недорогих мобильных инкубатора для поля и лабораторного использования

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

Измерение на форму и размер частиц ила, иммобилизованных в Агаре с открытым исходным кодом программного конвейера

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

Моделирование спектра размеров для макробеспозвоночных и рыб в экосистемах потока

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