Name: quantifying plant soluble protein and digestible carbohydrate content, using corn (zea mays) as an exemplar
Uploaded: 2018-08-06T14:30:00
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おかげで甘いトウモロコシのフィールドのコレクションと支援してきた私たちのコラボレーターのすべて、ラボック、テキサス州のドミニク ・ Reisig とダン モット ノースカロライナ州立大学、テキサス A & M 大学でパット ポーターを含みます。フィオナを Clissold にプロトコルの最適化を支援するため、この原稿の編集を提供するための感謝します。この仕事に支えられ一部にテキサス A & M C. エヴァレット Salyer 親睦 (昆虫学科) とバイオ テクノロジー リスク評価助成プログラム競争は、米国農務省から号 2015-33522-24099 を付与 (ガスに与えられるとSTB)。

1. 植物の収集と処理
<ol><li>収集および処理植物のサンプル<ol>
<li>植物のサンプルを収集した後浸漬によるフラッシュ凍結試料は鉗子で液体窒素に植物素材、-80 ° C で保存植物のサンプルが収集された場合は、急速凍結、迅速に、できるだけ早く-80 ° C の冷凍庫にドライアイスと転送を使用してサンプルをクールに大きすぎます。植物材料の栄養素のコンテンツは、コレクション後できるだ?...

<ol>
	<li>Simpson, S. J., Raubenheimer, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Nature of Nutrition: A Unifying Framework from Animal Adapation to Human Obesity. , (2012).</li><li>Behmer, 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=Insect+herbivore+nutrient+regulation.">Insect herbivore nutrient regulation.</a> Annual Review of Entomology. 54, 165-187 (2009).</li><li>Epstein, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mineral+nutrition+of+plants:+mechanisms+of+uptake+and+transport.">Mineral nutrition of plants: mechanisms of uptake and transport.</a> Annual Review of Plant Physiology. 7 (1), 1-24 (1956).</li><li>Chapin, F. 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A reappraisal of its definition and determination. Variation according to species and seed protein content.</a> Journal of Agricultural and Food Chemistry. 38, 18-24 (1990).</li><li>Bradford, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+rapid+and+sensitive+method+for+the+quantitation+of+microgram+quantities+of+protein+utilizing+the+principle+of+protein-dye+binding.">A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding.</a> Analytical Biochemistry. 72 (1-2), 248-254 (1976).</li><li>Jones, C. G., Hare, J. D., Compton, S. 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P., Berding, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ecological+applications+of+near+infrared+reflectance+spectroscopy-+a+tool+for+rapid,+cost-effective+prediction+of+the+composition+of+plant+and+animal+tissues+and+aspects+of+animal+performance.">Ecological applications of near infrared reflectance spectroscopy- a tool for rapid, cost-effective prediction of the composition of plant and animal tissues and aspects of animal performance.</a> Oecologia. 116 (3), 292-305 (1998).</li><li>Kokaly, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigating+a+physical+basis+for+spectroscopic+estimates+of+leaf+nitrogen+concentration.">Investigating a physical basis for spectroscopic estimates of leaf nitrogen concentration.</a> Remote Sensing of Environment. 75 (2), 153-161 (2001).</li><li>Schulz, H., Baranska, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+and+quantification+of+valuable+plant+substances+by+IR+and+Raman+spectroscopy.">Identification and quantification of valuable plant substances by IR and Raman spectroscopy.</a> Vibrational Spectroscopy. 43 (1), 13-25 (2007).</li><li>Cozzolino, D., Mor&#243;n, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+potential+of+near-infrared+reflectance+spectroscopy+to+analyse+soil+chemical+and+physical+characteristics.">The potential of near-infrared reflectance spectroscopy to analyse soil chemical and physical characteristics.</a> The Journal of Agricultural Science. 140, 65-71 (2003).</li><li>Simpson, S. J., Sword, G. A., Lorch, P. D., Couzin, I. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cannibal+crickets+on+a+forced+march+for+protein+and+salt.">Cannibal crickets on a forced march for protein and salt.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (11), 4152-4156 (2006).</li><li>Lihoreau, M., Buhl, J., Sword, G. A., Raubenheimer, D., Simpson, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nutritional+ecology+beyond+the+individual:+a+conceptual+framework+for+integrating+nutrition+and+social+interactions.">Nutritional ecology beyond the individual: a conceptual framework for integrating nutrition and social interactions.</a> Ecology Letters. 18 (3), 273-286 (2015).</li><li>Deans, C. A., Behmer, S. T., Tessnow, A., Tamez-Guerra, P., Pusztai-Carey, M., Sword, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nutrition+affects+insect+susceptibility+to+Bt.">Nutrition affects insect susceptibility to Bt.</a> Scientific Reports. 7, 39705 (2017).</li></ol>

、効果的な植物固有の抽出のプロトコルと定評の比色定量法を組み合わせて紹介アッセイは植物性水溶性タンパク質と消化性炭水化物の含有量を測定するための合理的かつ正確なメソッドを提供します。私たちの結果は、トウモロコシを使用して模範は、これらのプロトコルを使用して、異なる生物学的関連空間スケールで正確な測定を取得する方法を示しています。たとえば、地理的な地?...

植物バイオマスは、事実上すべての陸生食物網の基礎を形作る。植物はその根系による土壌からの栄養の要素を取得し、生体分子を合成する、葉面組織に日光を利用します。特に、炭素と窒素は炭水化物、タンパク質 (アミノ酸で構成) の作成に使用し、植物バイオマス (それに注意してください「栄養素」という用語は、多くの場合、土壌など、N、生理を植えることを構築に必要な脂質P、K、S、ただし、このホワイト ペーパーではこの用語はタンパク質、炭水化物、脂質などの生体分子)。草食動物は、植物材料を消費する植物組織に含まれる栄養素、それらの構成要素に分解し、消費者の生理学的なプロセスを使用しています。この方法では、植物栄養素はより高い順序の生態学的相互作用と食物網動態にとって重要な意味と共に消費者の生理学に強い影響を持ってください。
動物王国の間で可溶性タンパク質と消化しやすい炭水化物が生存、複製、およびパフォーマンスの1に最も密接に関係する栄養素です。さらに、動物の大半は積極的にその生理的要求1,2を満たすためにこれらの 2 つの栄養素の摂取量を調節します。これは特に当てはまります植物組織の糖およびアミノ酸の濃度を検出する草食昆虫の摂食行動を指示します。その結果、植物の水溶性タンパク質と可消化炭水化物の含有量は植物・昆虫間の相互作用の進化で強力な役割を果たしています。
植物性水溶性タンパク質と消化性炭水化物含有量のデータは比較的稀である (しかし、6、7,8,9,10,11を参照してください)、間の優位性があります。データ (炭素・窒素・ リン) 植物要素のコンテンツで使用できます。これ主要素が植物無機栄養3,4、5の主要な役割を果たすためにです。要素の測定、相関関係は、水溶性タンパク質と消化性の炭水化物の量を推定する使用されているが正確な計算は、入手が困難。例えば、炭素はすべて有機化合物で普遍的に存在するため、植物に消化炭水化物含有量の指標としてカーボンを使用するは不可能です。元素の窒素と、植物の水溶性タンパク質含有の強力な関係が存在して窒素-タンパク質換算係数の一般化がしばしば用いられます。しかし、窒素-タンパク質の変換が高い種特異的な12,13,14,15、汎用的な変換の使用を可能性が高いことを強力な証拠があります。不正確です。このため、窒素-タンパク質換算係数はしばしば、草食動物の栄養学的研究に必要な限度において、特に、精度を欠いています。また、植物のアレロパシーの N 含有物質、アルカロイドなど、草食動物に有毒であることが多いグルコシノ レートの存在は、これらの変換を混同することができます。
ここでは、我々 は可溶性タンパク質の消化しやすい炭水化物植物組織の濃度を測定するため 2 つの化学的アッセイを提供しています。これらの試金は別々 に表示されますが、彼ら使用する同時に同じ植物のサンプルを分析する植物栄養素のより包括的な分析を達成するためにはお勧め。両方は吸光度による定量化続く抽出ステップから成ると同様の手法を採用しています。植物サンプル準備も容易にタンデムで両方の解析を実行する両方のプロトコルの同じです。これらのアッセイの有用性は彼らがそれ以上の年齢に依存して目新しさからなくならない (ブラッドフォード、ジョーンズ、デュボア) 確立された比色試金16,17,18, しかし、ここではっきりと容易に続く開催あいまいな植物固有の抽出技術17,19やすくこれらのアッセイの適用工場関連分野のものにするためにこれらのメソッドを組み合わせたプロトコル。
両方の試金のため、植物栄養素は凍結、lyophilizing、植物材料を研削加工によって物理的に抽出最初。さらに水溶性蛋白質の試金は、化学的抽出が17,19ボルテックス冷暖房 NaOH 溶液のサンプルのいくつかのラウンドを行われます。Coomassie ブリリアント ブルー G-250 を利用したよく知られているブラッドフォードの試金は、水溶性タンパク質と 3,000-5,000 ダルトン16,17間ポリペプチドを定量化する使用されます。この試金はよくマイクロ プレートあたり 1 20 μ g 総蛋白間の検出範囲または < 25 μ G/ml ですがないメジャー遊離アミノ酸。糖質分析の抽出工程はスミスらの希薄酸法に基づいてください。20糖、澱粉、フラクトサン- がない炭水化物の分離が可能します。フェノール-硫酸酸性の定量化は、Duboisらから取得されます。18すべてモノ、オリゴ - と多糖類 (と同様メチル誘導体) を測定します。この試金は特定の糖を定量化することができるが、ここで私たちの総可消化炭水化物の含有量を示すインジケーターとして使用 (スミスらを参照してください。20のためのより詳細な分析)。一緒に、これらの試金は強く植物生態生理学と草食動物のパフォーマンス、地上食物網の基地でリソースの品質に重要なデータを提供する関連付けられている 2 つの栄養素を測定します。これらのプロトコルを提示草食動物栄養生態学、植物生理学、植物-植食者の相互作用のより完全な理解を得るために植物栄養素データセットの生成を促進します。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="670">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:273px;">microplate reader (spectrophotometer)</td>
			<td style="width:111px;">Bio-Rad</td>
			<td style="width:119px;">Model 680 XR</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:273px;">Bio-Rad Protein Assay Dye Reagent concentrate</td>
			<td style="width:111px;">Bio-Rad</td>
			<td style="width:119px;">#5000006</td>
			<td>450mL</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

quantifying plant soluble protein and digestible carbohydrate content, using corn (zea mays) as an exemplar

基本的なデータは、リソースとして草食動物に植物の品質を推測する使用されます。ただし、生体分子の炭素の普及、含窒素植物防御物質、窒素あるいは植物たんぱくすべての種特異的な相関の変化の存在は、これらの推論の精度を制限します。さらに、植物に焦点を当てた研究や草食動物生理学レベルを使用して効果が得られない精度の一般化相関関係を必要とします。紹介した方法は、研究者の植物水溶性タンパク質と消化しやすい炭水化物、動物の生理学的なパフォーマンスに密接に最も 2 つの植物栄養素を直接測定するための明確かつ迅速なプロトコルを提供しています。プロトコルを組み合わせて正確かつ再現性のある結果を提供するために最適化された植物固有の消化手順も特徴と比色試金。組織がこれらの試金がの変化を検出する感度であることを示す別のスイート コーンの分析植物の複数の空間スケールにわたって水溶性タンパク質と糖質コンテンツ。これら地域、植物の種や品種、成長している間で工場間違いがありますと同様に工場内の組織型の違いと同じ組織内でも位置的な違い。プラント生物学の植物生理学的過程とミネラル肥料を接続するための新しい機会を提供する可能性がありますも元素データの水溶性タンパク質と糖質コンテンツを組み合わせてします。これらの分析は、水溶性タンパク質と栄養生態学、植物-植食者の相互作用、食物網動態は, 生理・生態研究を強化する順番を研究に必要な糖質データ生成にも役立ちます。

これらのメソッドの有効性を示す、可溶性タンパクおよび 4 つの別のフィールドと草食昆虫の明確な潜在的な栄養資源としてとうもろこし組織の可消化炭水化物の含有量を分析しました。トウモロコシの耳 (ミネソタ州、ノースカロライナ州、テキサス州) は、アメリカ合衆国で 3 つの農業地域から収集した包括的なスイート コーン (すなわち、遺伝子型) の 5 ?...

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Quantifying Plant Soluble Protein and Digestible Carbohydrate Content, Using Corn Zea mays As an Exemplar

植物性の水溶性タンパク質と消化性炭水化物含量の手本として使用してトウモロコシ (トウモロコシ) の定量化

記載プロトコルは、可溶性タンパク質と糖質 (非構造) 植物組織の内容を測定するための明確かつ親しみやすい方法論を提供します。これらの 2 つの植物栄養素を定量化することで、植物生理学、栄養生態学、植物-植食者の相互作用、食物網の生態学の分野に大きな影響を与えます。

Elemental data are commonly used to infer plant quality as a resource to herbivores. However, the ubiquity of carbon in biomolecules, the presence of ...

This method allows researchers in the field of plant sciences and nutritional ecology to accurately measure concentrations of soluble proteins and digestible carbohydrates in plant tissue. The main advantage of these techniques is that they offer a quick and easy method for quantifying these two incredibly important macronutrients with high accuracy. These techniques have strong implications for the field of ecology because plant proteins and carbohydrates make up the base of terrestrial food webs.Generally, individuals new to this technique may struggle because there are several steps and some techniques which are not commonly performed in a general-use lab. To begin, weigh out replicate samples of each tissue into labeled 1.5 milliliter microcentrifuge tubes. Next, record the precise mass of each sample.Using a micropipetter, add 500 micro-liters of 0.1 molar sodium hydroxide to each tube. Close the lids tightly and sonic heat the tubes for 30 minutes. Next, place the tubes in a preheated hot-water bath for 15 minutes.After this, centrifuge the tubes at 15, 000 G for 10 minutes. Pipette the supernatant into new, labeled microcentrifuge tubes, using a new pipette tip for each sample. Add 300 microliters of 0.1 molar sodium hydroxide to the pellet, and repeat the centrifugation for 10 minutes.After this, remove the supernatant and transfer it to the tubes containing the supernatant from the first centrifugation. To neutralize the pH of the supernatant, add 11 microliters of 5.8 molar hydrochloric acid. Use litmus paper to confirm the pH is approximately seven.Next, add 90 microliters of 100%trichloroacetic acid to each tube. Then incubate the tubes on ice for 30 minutes. Centrifuge the samples at 13, 000 G for 10 minutes at four degrees Celsius.Carefully use a vacuum line and glass micropipette tip to remove the trichloroacetic acid. Be very careful not to disturb the pellet with the suction tip. Next, wash the pellet with 100 microliters of acetone cooled to 20 degrees Celsius, then allow the acetone to evaporate in a fume hood.Dissolve the protein pellet with one milliliter of sodium hydroxide. Additional rounds of heating, vortexing and sonic heating may be required. Add 160 microliters of each IGG standard solution to a 96-well plate in triplicate, starting with the A1 position Next, in a new 1.5 milliliter tube add 50 microliters of each sample solution to 950 microliters of distilled water.Then add 60 microliters of each diluted sample to the well plate in triplicate, starting with the H1 position. Add 100 microliters of distilled water to all of the blank and unknown sample wells. Using a multi-channel pipette, add 40 microliters of Coomassie Brilliant Blue G-250 protein dye to each well of the plate.Using a needle, pop any bubbles present in the wells. After this, allow the plate to incubate at room temperature for five minutes. Then use a microplate spectrophotometer to record the absorbence values for each well at 595 nanometers.First, weigh out replicates from each tissue sample into glass 15 milliliter tubes. Label the tubes and record the exact mass of each sample. Next, add one milliliter of 0.1 molar sulfuric acid to each tube and close the caps tightly.Then place the tubes in a boiling-water bath for one hour. Transfer the tubes to a tepid water bath to cool. Then pour the contents of the tubes into labeled 1.5 milliliter microcentrifuge tubes.After this centrifuge tubes at 15, 000 G for 10 minutes. Use a micro pipette to transfer the supernatant to new labeled 1.5 milliliter tubes. Using a pipette transfer 15 microliters of each unknown sample to its own test tube.Then add 385 microliters of distilled water to each tube. In a fume hood add 400 microliters of 5%phenol to each standard and unknown sample test tube. Immediately thereafter add two milliliters of sulfuric acid to each tube.Make sure to add the sulfuric acid to the surface of the solution. After incubating the tubes for 10 minutes, vortex the tubes. Then incubate the tube for an additional 30 minutes.Transfer 800 microliter from each sample tube to three polystyrene 1.5 milliliter semi-microcuvettes. Then set the spectrophotometer to read at 490 nanometers and calibrated with a blank cuvette. Finally, run each cuvette through the spectrophotometer and record the absorbence.Using this protocol, the soluble protein and digestible carbohydrate content of four different field and sweet corn tissues from three geographical regions were analyzed. Significant differences in soluble protein content were observed between the regions, thus necessitating separate analyses for each region. Across regions there were several differences in soluble protein and digestible carbohydrate content between tissues.In Minnesota, tissues only varied in soluble protein content while North Carolina tissues varied in both soluble protein and digestible carbohydrates. Variability in tissue macronutrient content in Texas depended on the variety. This technique will allow researchers in the field of plant sciences and nutritional ecology to precisely measure soluble plant protein and digestible carbohydrates, rather than extrapolating from elemental measures.Don't forget that working with liquid nitrogen, concentrated acids and bases, can be extremely hazardous. So always use precautions such as gloves, safety goggles, aprons and closed-toed shoes whenever working with these chemicals.

Research

JoVE Journal

Environment

Quantifying Plant Soluble Protein and Digestible Carbohydrate Content, Using Corn (Zea mays) As an Exemplar

Analysis of Fatty Acid Content and Composition in Microalgae

微細藻類中の脂肪酸含量および組成の分析

A method to determine the content and composition of total fatty acids present in microalgae is described. Fatty acids are a major constituent of ...

環境学

Transcript and Metabolite Profiling for the Evaluation of Tobacco Tree and Poplar as Feedstock for the Bio-based Industry

バイオベースの産業の原料としてたばこ木とポプラの評価のための転写産物および代謝物プロファイリング

The global demand for food, feed, energy, and water poses extraordinary challenges for future generations. It is evident that robust platforms for the ...

Air-sampled Filter Analysis for Endotoxins and DNA Content

エンドトキシンとDNAコンテンツのエアサンプリングフィルタ解析

Outdoor aerosol research commonly uses particulate matter sampled on filters. This procedure enables various characterizations of the collected particles ...

Method to Produce Durable Pellets at Lower Energy Consumption Using High Moisture Corn Stover and a Corn Starch Binder in a Flat Die Pellet Mill

フラットダイペレットミルで高水分トウモロコシ茎葉及びコーンスターチバインダーを使用した低電力消費で耐久性に優れたペレットを製造するための方法

A major challenge in the production of pellets is the high cost associated with drying biomass from 30 to 10% (w.b.) moisture content. At Idaho National ...

Development of New Methods for Quantifying Fish Density Using Underwater Stereo-video Tools

水中ステレオ ビデオのツールを使用して魚の密度を定量化する新方式の開発

The use of video camera systems in ecological studies of fish continues to gain traction as a viable, non-extractive method of measuring fish lengths and ...

High-throughput, Microscale Protocol for the Analysis of Processing Parameters and Nutritional Qualities in Maize (Zea mays L.)

High-throughput, Microscale Protocol for the Analysis of Processing Parameters and Nutritional Qualities in Maize Zea mays L.

マイクロ スケール プロトコル処理解析パラメーターとトウモロコシ (Zea mays l.) で栄養の資質の高いスループット

Maize is an important grain crop in the United States and worldwide. However, maize grain must be processed prior to human consumption. Furthermore, whole ...

Design and Use of an Apparatus for Quantifying Bivalve Suspension Feeding at Sea

デザインと二枚貝のサスペンションが海で餌を定量化するための装置の使用

As shellfish aquaculture moves from coastal embayments and estuaries to offshore locations, the need to quantify ecosystem interactions of farmed bivalves ...

Combining Eye-tracking Data with an Analysis of Video Content from Free-viewing a Video of a Walk in an Urban Park Environment

都市公園環境における歩行の映像を自由に視聴する映像コンテンツの分析とアイトラッキングデータを組み合わせる

As individuals increasingly live in cities, methods to study their everyday movements and the data that can be collected becomes important and valuable. ...

Separation of Spinach Thylakoid Protein Complexes by Native Green Gel Electrophoresis and Band Characterization using Time-Correlated Single Photon Counting

Time-Correlated 単一光子のカウントを使用してネイティブ グリーン ゲル電気泳動とバンドによってほうれん草チラコイドのタンパク質複合体の分離

The light reactions of photosynthesis are carried out by a series of pigmented protein complexes in the thylakoid membranes. The stoichiometry and ...

An Optimized Rhizobox Protocol to Visualize Root Growth and Responsiveness to Localized Nutrients

根の生長およびローカライズされた栄養素に対する反応性を可視化する最適化された Rhizobox プロトコル

Roots are notoriously difficult to study. Soil is both a visual and mechanical barrier, making it difficult to track roots in situ without destructive ...