Name: micron-scale phenotyping techniques of maize vascular bundles based on x-ray microcomputed tomography
Uploaded: 2018-10-09T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Micron-scale Phenotyping Techniques of Maize Vascular Bundles Based on X-ray Microcomputed Tomography at JoVE.com

Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Natur Science Foundation of China (No.31671577), die Wissenschaft und Technologie Innovation besondere Bau finanzierte Programm von Peking Akademie für Land- und Forstwirtschaft Sciences(KJCX20180423), die Forschung Entwicklungsprogramm von China (2016YFD0300605-01), der Beijing Natural Science Foundation (5174033), der Beijing Postdoc Research Foundation (2016 ZZ-66), und die Peking-Akademie der Landwirtschaft und Forstwirtschaft Wissenschaften Grant (KJCX20170404) ( JNKYT201604).

1. Probe Vorbereitung Protokoll
<ol><li>Für die Probenahme sammeln die Stengel, Blatt, Wurzel aus frischen Mais Pflanzen und teilen sie in drei Arten von Beispielgruppen (jede Gruppe mit vier Wiederholungen). Dann schneiden sie in kleine Segmente mit einer chirurgischen Klinge auf folgende Weise: (1) Schnitt ein Segment der mittleren Stamm Internodium 1-1,5 cm Länge; (2) schneiden Sie ein Segment für die maximale Breite des Blattes 0,5 - 3 cm in der Länge entlang der vertikalen Richtung mit der Hauptader; (3) gesch...

<ol>
	<li>Lucas, W. 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=The+plant+vascular+system:+evolution,+development+and+functions.">The plant vascular system: evolution, development and functions.</a> Journal of Integrative Plant Biology. 55, 294-388 (2013).</li><li>Gou, L., 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=Effect+of+population+density+on+stalk+lodging+resistant+mechanism+and+agronomic+characteristics+of+maize.">Effect of population density on stalk lodging resistant mechanism and agronomic characteristics of maize.</a> Acta Agronomica Sinia. 33, 1688-1695 (2007).</li><li>Hu, H., 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=QTL+mapping+of+stalk+bending+strength+in+a+recombinant+inbred+line+maize+population.">QTL mapping of stalk bending strength in a recombinant inbred line maize population.</a> Theoretical and Applied Genetics. 126, 2257-2266 (2013).</li><li>Wilson, J. R., Mertens, D. R., Hatfield, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolates+of+cell+types+from+sorghum+stems:+Digestion,+cell+wall+and+anatomical+characteristics.">Isolates of cell types from sorghum stems: Digestion, cell wall and anatomical characteristics.</a> Journal of the Science of Food and Agriculture. 63, 407-417 (1993).</li><li>Hatfield, R., Wilson, J., Mertens, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Composition+of+cell+walls+isolated+from+cell+types+of+grain+sorghum+stems.">Composition of cell walls isolated from cell types of grain sorghum stems.</a> Journal of the Science of Food and Agriculture. 79, 891-899 (1999).</li><li>Du, 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=Micron-scale+phenotyping+quantification+and+three-dimensional+microstructure+reconstruction+of+vascular+bundles+within+maize+stems+based+on+micro-CT+scanning.">Micron-scale phenotyping quantification and three-dimensional microstructure reconstruction of vascular bundles within maize stems based on micro-CT scanning.</a> Functional Plant Biology. 44 (1), 10-22 (2016).</li><li>Pan, X., 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=Reconstruction+of+Maize+Roots+and+Quantitative+Analysis+of+Metaxylem+Vessels+based+on+X-ray+Micro-Computed+Tomography.">Reconstruction of Maize Roots and Quantitative Analysis of Metaxylem Vessels based on X-ray Micro-Computed Tomography.</a> Canadian Journal of Plant Science. 98 (2), 457-466 (2018).</li><li>McElrone, A. J., Choat, B., Parkinson, D. Y., MacDowell, A. A., Brodersen, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+high+resolution+computed+tomography+to+visualize+the+three+dimensional+structure+and+function+of+plant+vasculature.">Using high resolution computed tomography to visualize the three dimensional structure and function of plant vasculature.</a> Journal of Visualized Experiments. (74), e50162 (2013).</li><li>Cloetens, P., Mache, R., Schlenker, M., Lerbs-Mache, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+phase+tomography+of+Arabidopsis+seeds+reveals+intercellular+void+network.">Quantitative phase tomography of Arabidopsis seeds reveals intercellular void network.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the Unites States of America. 103, 14626-14630 (2006).</li><li>Dorca-Fornell, 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=Increased+leaf+mesophyll+porosity+following+transient+retinoblastoma-related+protein+silencing+is+revealed+by+microcomputed+tomography+imaging+and+leads+to+a+system-level+physiological+response+to+the+altered+cell+division+pattern.">Increased leaf mesophyll porosity following transient retinoblastoma-related protein silencing is revealed by microcomputed tomography imaging and leads to a system-level physiological response to the altered cell division pattern.</a> Plant Journal. 76 (6), 914-929 (2013).</li><li>Verboven, P., 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=Void+space+inside+the+developing+seed+of+Brassica+napus+and+the+modelling+of+its+function.">Void space inside the developing seed of Brassica napus and the modelling of its function.</a> New Phytologist. 199, 936-947 (2013).</li><li>Brodersen, C. R., Roark, L. C., Pittermann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+physiological+implications+of+primary+xylem+organization+in+two+ferns.">The physiological implications of primary xylem organization in two ferns.</a> Plant, Cell &amp; Environment. 35, 1898-1911 (2012).</li><li>Choat, B., Brodersen, C. R., McElrone, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synchrotron+X-ray+microtomography+of+xylem+embolism+in+Sequoia+sempervirens+saplings+during+cycles+of+drought+and+recovery.">Synchrotron X-ray microtomography of xylem embolism in Sequoia sempervirens saplings during cycles of drought and recovery.</a> New Phytologist. 205, 1095-1105 (2015).</li><li>Torres-Ruiz, J. M., 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=Direct+x-ray+microtomography+observation+confirms+the+induction+of+embolism+upon+xylem+cutting+under+tension.">Direct x-ray microtomography observation confirms the induction of embolism upon xylem cutting under tension.</a> Plant Physiology. 167, 40-43 (2015).</li><li>Staedler, Y. M., Masson, D., Sch&#246;nenberger, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plant+tissues+in+3D+via.+x-ray+tomography:+simple+contrasting+methods+allow+high+resolution+imaging.">Plant tissues in 3D via. x-ray tomography: simple contrasting methods allow high resolution imaging.</a> PLoS One. 8, 75295 (2013).</li><li>Zhang, Y., Legay, S., Barri&#232;re, Y., M&#233;chin, V., Legland, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Color+quantification+of+stained+maize+stem+section+describes+lignin+spatial+distribution+within+the+whole+stem.">Color quantification of stained maize stem section describes lignin spatial distribution within the whole stem.</a> Journal of the Science of Food and Agriculture. 61, 3186-3192 (2013).</li><li>Legland, D., Devaux, M. F., Guillon, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Statistical+mapping+of+maize+bundle+intensity+at+the+stem+scale+using+spatial+normalisation+of+replicated+images.">Statistical mapping of maize bundle intensity at the stem scale using spatial normalisation of replicated images.</a> PLoS One. 9 (3), 90673 (2014).</li><li>Heckwolf, S., Heckwolf, M., Kaeppler, S. M., de Leon, N., Spalding, E. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image+analysis+of+anatomical+traits+in+stem+transections+of+maize+and+other+grasses.">Image analysis of anatomical traits in stem transections of maize and other grasses.</a> Plant Methods. 11, 26 (2015).</li><li>Wu, H., Jaeger, M., Wang, M., Li, B., Zhang, B. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+distribution+of+vessels,+passage+cells+and+lateral+roots+along+the+root+axis+of+winter+wheat+(Triticum+aestivum).">Three-dimensional distribution of vessels, passage cells and lateral roots along the root axis of winter wheat (Triticum aestivum).</a> Annals of Botany. 107, 843-853 (2011).</li><li>Chopin, J., Laga, H., Huang, C. Y., Heuer, S., Miklavcic, 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=RootAnalyzer:+A+Cross-Section+Image+Analysis+Tool+for+Automated+Characterization+of+Root+Cells+and+Tissues.">RootAnalyzer: A Cross-Section Image Analysis Tool for Automated Characterization of Root Cells and Tissues.</a> PLoS One. 10, 0137655 (2015).</li><li>Passot, S., 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=Characterization+of+pearl+millet+root+architecture+and+anatomy+reveals+three+types+of+lateral+roots.">Characterization of pearl millet root architecture and anatomy reveals three types of lateral roots.</a> Frontiers in Plant Science. 7, 829 (2016).</li></ol>

Mit den erfolgreichen Einsatz der CT-Technologie in den Bereichen Biomedizin und Materialwissenschaften wurde diese Technologie nach und nach in den Bereichen Botanik und Landwirtschaft, Förderung der Forschungen in den Lebenswissenschaften Werk als ein viel versprechendes Instrument der technischen eingeführt . In den späten 1990er Jahren war CT Technologie erstmals zur Untersuchung der morphologischen Strukturen und Entwicklung der Pflanze-Wurzel-Systeme eingesetzt. In den letzten zehn Jahren Synchrotron HRCT ist ei...

Der Maize Gefäßsystem durchzieht die gesamte Anlage, von der Wurzel und Stengel, Blätter, bildet die wichtigsten Transport-Wege für die Bereitstellung von Wasser, Mineralstoffen und organischen Substanzen1. Eine weitere wichtige Funktion des Gefäßsystems soll der Maispflanze mechanische unterstützen. Beispielsweise sind die Morphologie, die Anzahl und die Verteilung der Leitbündel in Wurzeln und Stängeln, die Standfestigkeit von Maispflanzen2,3eng. Zur Zeit Studien über die anatomische Struktur der Leitbündel hauptsächlich nutzen mikroskopische und ultramikroskopischer Techniken um die anatomischen Strukturen eines bestimmten Teils der Stamm, Blatt oder Wurzel, anzuzeigen und dann Messen und zählen diese Strukturen der Interesse durch die manuelle Untersuchung. Zweifellos, manuelle Messung von verschiedenen mikroskopischen Strukturen in groß angelegten Microimages ist eine sehr mühsame und ineffiziente Arbeit und schränkt die Präzision der Microphenotypic Merkmale, aufgrund seiner Subjektivität und Inkonsistenz4, 5.
Mais hat keine sekundäre Wachstum, und Inhalt der Zelle besteht im Wesentlichen aus Wasser in den primären Meristem. Ohne jede Vorbehandlung können frische Proben von Mais Gewebe direkt mit einem Mikro-CT-Gerät gescannt werden; die Scan-Ergebnisse sind jedoch wahrscheinlich schlechte und rau. Die Hauptgründe sind wie folgt zusammenfassen: (1) niedrige Dämpfung dichten von Pflanzengewebe, was einen geringen Kontrast von Ordnungszahl und hohe Rauschen in Bildern; (2) frisches Pflanzenmaterial sind anfällig für austrocknen und schrumpfen während der normalen Scan-Umgebung, wie Du6berichtet. Die oben genannten Probleme sind die Haupthindernisse für die Entwicklung und Anwendung der Microphenotyping-Technologie für Mais, Weizen, Reis und anderen monocotylen geworden. Hier stellen wir das "Probe-Vorbereitung-Protokoll", die Proben von Mais Stamm, Blatt und Wurzel Vorbehandeln. Dieses Protokoll verhindert die Austrocknung und Verformung des pflanzlichen Rohstoffen bei der CT Scan; Daher ist es vorteilhaft, die Aufbewahrungszeit von Pflanzenproben mit Nondeformation zu erhöhen. Darüber hinaus erhöht der Färbe Schritt basierend auf soliden Jod auch den Kontrast von Pflanzenmaterial; So macht es signifikante Verbesserungen in der Bildqualität von Mikro-CT Darüber hinaus entwickelten wir Bildverarbeitungs-Software, namens VesselParser, die CT-Bilder von Mais Stengel und Blätter zu verarbeiten. Diese Software integriert eine Reihe von Bildverarbeitungs-Pipelines zu hohem Durchsatz und automatische Phänotypisierung Analysen für 2-D-CT-Aufnahmen von verschiedenen Pflanzengeweben. Leitbündel in den gesamten Querschnitt des Mais Stiel und Blatt werden erkannt, extrahiert und durch eine automatische Bildverarbeitung Methode identifiziert. Dadurch erhalten wir 31 mikroskopische Phänotypen des Mais Stammes und 33 mikroskopische Phänotypen des Mais Blattes. Für die CT-Bild-Serie der Mais Wurzel entwickelten wir ein Bildverarbeitungs-System, 3-d-phänotypische Merkmale der Messungen Schiffe zu erwerben. Dieses Schema ist in der Effizienz der Bildaufnahme und Wiederaufbau im Vergleich zu traditionellen Methoden überlegen.
Diese Ergebnisse zeigen, dass die Bildverarbeitung Rohrleitungen, wenn man bedenkt, dass die Abbildungseigenschaften von normalen x-ray Micro-CT bieten eine effektive Methode für die mikroskopische Phänotypisierung von leitbündeln; Das extrem weitet sich die Anwendungen von CT Techniken in Pflanzenkunde und verbessert die automatische Phänotypisierung von Pflanzenmaterial im zellulären Auflösung6,7.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:841px;" width="841">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Skyscan 1172 X-ray computed tomography system</td>
			<td style="width:269px;">Bruker Corporation, Belgium</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td style="width:237px;">For CT scanning</td>
		</tr>
		<tr height="46">
			<td height="46" style="height:46px;width:216px;">CO2 critical point drying system (Leica CPD300)</td>
			<td style="width:269px;">Leica Corporation, Germany</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td style="width:237px;">For sample drying</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ethanol</td>
			<td style="width:269px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td>For FAA fixation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Formaldehyde</td>
			<td style="width:269px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td>For FAA fixation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Acetic acid</td>
			<td style="width:269px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td>For FAA fixation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Surgical blade</td>
			<td style="width:269px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td>For cutting the sample sgements</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">3D printer</td>
			<td style="width:269px;">Makerbot replicator 2, MakerBot Industries, USA</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td>For printing the sample baskets of maize root, stem, and leaf</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Centrifuge tube</td>
			<td style="width:269px;">Corning, USA</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td>Place the root, stem, or leaf materials</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Solid iodine</td>
			<td style="width:269px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td>For sample dyeing</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">SkyScan Nrecon software</td>
			<td style="width:269px;">SkyScan NRecon, Version: 1.6.9.4, Bruker Corporation, Belgium</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td>For image reconstruction</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:216px;">VesselParser software</td>
			<td style="width:269px;">VesselParser, Version: 3.0, National Engineering Research Center for Information Technology in Agriculture (NERCITA), Beijing, China</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td>Image analysis protocol for single CT image of maize stem or leaf</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">ScanIP</td>
			<td style="width:269px;">ScanIP, Version: 7.0; Simpleware, Exeter, UK</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td>3D image processing software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Latex gloves</td>
			<td style="width:269px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Tweezers</td>
			<td style="width:269px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

micron-scale phenotyping techniques of maize vascular bundles based on x-ray microcomputed tomography

Es ist notwendig, die anatomischen Strukturen des Mais Materialien auf Basis von Hochdurchsatz-Bild-Analyse-Techniken genau zu quantifizieren. Hier bieten wir ein "Probe-Vorbereitung-Protokoll" für Mais (d.h., Stamm, Blatt und Wurzel) geeigneten Materialien für gewöhnliche Microcomputed Tomographie (Mikro-CT) scannen. Basierend auf hochauflösenden CT-Aufnahmen des Mais Stamm, Blatt und Wurzel, beschreiben wir zwei Protokolle für die phänotypische Analyse der Leitbündel: (1) basierend auf dem CT-Bild von Mais Stiel und Blatt, entwickelten wir eine bestimmtes Bild Analyse Pipeline um 31 automatisch extrahieren und 33 phänotypische Merkmale der Leitbündel; (2) basierend auf der CT-Bild-Serie von Mais Root, wir richten Sie ein Bild-Verarbeitung-Schema für die dreidimensionale (3D) Segmentierung der Messungen Schiffe und extrahiert zweidimensional (2D) und 3-d-phänotypische Merkmale, wie Volumen, Fläche Messungen Schiffe, etc. Verglichen mit traditionellen manuellen Messung der Leitbündel Mais Materialien, verbessern die vorgeschlagenen Protokolle erheblich die Effizienz und Genauigkeit der phänotypischen Quantifizierung Mikron-Skala.

Die Probe Vorbereitung Protokoll geeignet für normale Mikro-CT-Scan nicht nur verhindert die Verformung der Pflanzengewebe aber auch verstärkt den x-ray Absorption Kontrast. Vorbehandelte pflanzlichen Stoffen werden gescannt, mit einem Mikro-CT-System in qualitativ hochwertige Schnittbilder, und die höchste Auflösung erreichen 2 µm/Pixel. Abbildung 4 zeigt die gescannten Mikro-CT-Bilder der Stamm, Blatt und Wurzel und den Kontrast des Bildes hat eine deu...

Watch this Scientific Journal Video about Micron-scale Phenotyping Techniques of Maize Vascular Bundles Based on X-ray Microcomputed Tomography at JoVE.com

Micron-scale Phenotyping Techniques of Maize Vascular Bundles Based on X-ray Microcomputed Tomography

Wir bieten eine neuartige Methode zur Verbesserung der Resorption Röntgenkontrast Mais Gewebe geeignet für gewöhnliche Microcomputed Tomographie scannen. Basierend auf CT-Bilder, stellen wir eine Reihe von Bildverarbeitungs-Workflows für verschiedene Mais Materialien effektiv mikroskopische Phänotypen der Leitbündel von Mais zu extrahieren.

Mikron-Skala Phänotypisierung Techniken der Mais Leitbündel basierend auf Microcomputed Röntgentomographie

It is necessary to accurately quantify the anatomical structures of maize materials based on high-throughput image analysis techniques. Here, we provide a ...

Diese Methode kann schnelle Fragen in der geplanten Mikron-Skala Phänotypisierungstechniken bauen beantworten. Wie Mikro-CT-Scanning-Partikel und die phänotypische Analysemethode für Maisgefäßbündel. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, neue und effektive Möglichkeiten zur Untersuchung phänotypischer Merkmale des Maisgefäßbündels durch Probenvorbereitung, CT-Scanning und Analyse von Protokollen zu bieten.Die Implikationen dieser Technik erweitern Anwendungen des gewöhnlichen Mikro-CT-Scannens und anderer Pflanzenwissenschaften. Dieses Protokoll kann leicht an andere Pflanzenmaterialien angepasst werden, wie z. B. die Dehydrierung des Trocknungsvorgangs. Zu Beginn, sammeln Sie den Stamm, Blatt, und Wurzel von frischen Maispflanzen.Und teilen Sie sie in drei Stichprobengruppen auf. Als nächstes verwenden Sie eine chirurgische Klinge, um ein ein bis 1,5 Zentimeter großes Segment der mittleren Stamminternode zu schneiden. Schneiden Sie mit der gleichen chirurgischen Klinge ein Segment von 1 bis 2 Zentimetern von der maximalen Breite des Blattes entlang der vertikalen Richtung mit der Hauptvene.Verwenden Sie die chirurgische Klinge, um ein 1/2 Zentimeter Segment von der Bodenwurzel zu schneiden. Danach die Probensegmente in FAA-Lösung mindestens drei Tage einweichen. Dehydrieren Sie die Probensegmente 30 Minuten lang in sechs sequenziellen Ethanolgradienten.Dann legen Sie die Pflanzenmaterialien in die entsprechenden Probenkörbe. Übertragen Sie die Körbe schnell in die Probenzelle eines Kohlendioxid-kritischen Punkttrocknungssystems. Die getrockneten Pflanzenmaterialien in ein 50-Milliliter-Zentrifugenrohr mit zwei Gramm festem Jod geben.Dann legen Sie die Rohre vier bis fünf Stunden in einen lichtdichten Raum. Legen Sie zunächst die CT-Scanparameter entsprechend dem Textprotokoll fest. Legen Sie dann die Scanbereiche entsprechend den verschiedenen Größen und Volumen der verwendeten Pflanzenmaterialien fest.Passen Sie als Nächstes die Bildpixelgrößen wie folgt an: Zwei Mikrometer für die Wurzel. 6,77 Mikrometer für den Stamm. Und 10 Mikrometer für das Blatt.Um Slice-Images zu rekonstruieren, verwenden Sie bildliche Konstruktionssoftware, um die rohen CT-Daten in CT-Slice-Images mit 2K-Auflösung zu konvertieren. Geben Sie zunächst den Organtyp an, um verschiedene Algorithmuspipelines in der automatischen Bildverarbeitungssoftware zu initialisieren. Klicken Sie dann auf die Schaltfläche "Methodenparameter", und wählen Sie im ersten Dropdown-Feld Maisstamm oder Maisblatt aus.Klicken Sie auf die Schaltfläche Datenverwaltung, legen Sie das Arbeitsverzeichnis fest, und importieren Sie alle Slice-Images in das Verzeichnis. Wählen Sie dann Einzelne oder Multi-Slice-Bilder in die Bildpipelines aus. Bestimmen Sie als Nächstes die Pixelgröße des Bildes.Wählen Sie die Schaltfläche Methodenparameter aus, und geben Sie die Pixelgröße des Bildes in das entsprechende Bearbeitungselement ein. Danach klicken Sie auf die Phänotypisierungsschaltfläche, um automatisch phänotypische Merkmale der Gefäßbündel für alle ausgewählten Slice-Bilder zu extrahieren. Klicken Sie auf die Schaltfläche Statistische Analyse, um die Ergebnisse dieser Analyse als Text- oder CSV-Datei auszugeben.Importieren Sie die rekonstruierten Bilder von Maiswurzeln, und bestimmen Sie die genauen Raumparameter. Verwenden Sie dann das rekursive Gauß-Werkzeug, um die Bilder zu glätten und die Bildqualität zu verbessern. Passen Sie die Schwellenwertparameter an, um die 3D-Segmentierung von Metaxylemgefäßen durchzuführen.Dadurch wird ein einheitliches Farbetikett für jedes angeschlossene Metaxylemgefäß erstellt. Verbessern und identifizieren Sie dann die Metaxylemgefäße interaktiv mithilfe von Morphologie-Bitwise- und Flutfülloperationen. Als nächstes führen Sie eine Volumenvisualisierung und Oberflächenrekonstruktion der Gefäße durch.Verwenden Sie schließlich das Werkzeug Maskenstatistik, um die phänotypischen Merkmale eines Gefäßes auf 2D- und 3D-Ebene zu zählen und zu messen. Anhand der im Protokoll skizzierten Analyse wurden die phänotischen Merkmale von Gefäßbündeln in Maisstämmen, Blättern und Wurzeln berechnet. Eine generierte 3D-Visualisierung der Wurzel- und Metaxylemgefäße wurde unter Verwendung der Ergebnisse der Segmentierung, Rekonstruktion und Volumenvisualisierung erstellt.Das richtige Probenvorbereitungsprotokoll verbessert die Scan-Emittierungsqualität von Mikro-CT für Maisstamm, Blatt und Wurzel erheblich. Mit der automatischen Emit-Pipeline, um schnell die phänotypischen Eigenschaften von Gefäßbündeln für Maisstamm und Blatt zu extrahieren. Und die Einrichtung und Emiting Verarbeitung Scan, um die 3D phänotypic Eigenschaften von Gefäßbündeln für Maiswurzel zu analysieren.Diese Technik bietet eine praktische Möglichkeit zur genauen und schnellen phänotischen Qualifizierung und Identifizierung von Maisgefäßbündeln.

Research

JoVE Journal

Biology

Non-invasive 3D-Visualization with Sub-micron Resolution Using Synchrotron-X-ray-tomography

Nicht-invasive 3D-Visualisierung mit Sub-Mikron-Auflösung mit Synchrotron-Röntgen-Tomographie

Little is known about the internal organization of many micro-arthropods with body sizes below 1 mm. The reasons for that are the small size and the hard ...

Forschung

Biologie

Protein Crystallization for X-ray Crystallography

Proteinkristallisation für X-ray Crystallography

Using the three-dimensional structure of biological macromolecules to infer how they function is one of the most important fields of modern biology. The ...

3D Printing of Preclinical X-ray Computed Tomographic Data Sets

3D Printing der präklinischen X-ray computertomographische Datensätze

Three-dimensional printing allows for the production of highly detailed objects through a process known as additive manufacturing.  Traditional, ...

Production of Human Norovirus Protruding Domains in E. coli for X-ray Crystallography

Production of Human Norovirus Protruding Domains in E. coli for X-ray Crystallography

Herstellung von humanen Noroviren hervorstehendem Domains in<em&gt; E. coli</em&gt; Für Röntgenkristallographie

The norovirus capsid is composed of a single major structural protein, termed VP1. VP1 is subdivided into a shell (S) domain and a protruding (P) domain. ...

Techniques to Induce and Quantify Cellular Senescence

Techniken zur Induktion und Quantify Zelluläre Seneszenz

In response to cellular stress or damage, proliferating cells can induce a specific program that initiates a state of long-term cell-cycle arrest, termed ...

SA-&#946;-Galactosidase-Based Screening Assay for the Identification of Senotherapeutic Drugs

SA-ÃƒÆ’Ã…Â½Ãƒâ€šÃ‚Â²-Galactosidase-Based Screening Assay for the Identification of Senotherapeutic Drugs

SA--Galactosidase-basierter Screening-Test zur Identifizierung von Senotherapeutischen Arzneimitteln

Cell senescence is one of the hallmarks of aging known to negatively influence a healthy lifespan. Drugs able to kill senescent cells specifically in cell ...

Dosimetry for Cell Irradiation using Orthovoltage (40-300 kV) X-Ray Facilities

Dosimetry for Cell Irradiation using Orthovoltage 40-300 kV X-Ray Facilities

Dosimetrie für Zellbestrahlung mit Orthovoltage (40-300 kV) Röntgenanlagen

The importance of dosimetry protocols and standards for radiobiological studies is self-evident. Several protocols have been proposed for dose ...

Image Rendering Techniques in Postmortem Computed Tomography: Evaluation of Biological Health and Profile in Stranded Cetaceans

Bild-Rendering-Techniken in der postmortalen Computertomographie: Bewertung der biologischen Gesundheit und des Profils bei gestrandeten Walen

With 6 years of experience in implementing virtopsy routinely into the Hong Kong cetacean stranding response program, standardized virtopsy procedures, ...

A 3D Cartographic Description of the Cell by Cryo Soft X-ray Tomography

Eine kartographische 3D-Beschreibung der Zelle durch Kryo-Soft-Röntgentomographie

Imaging techniques are fundamental in order to understand cell organization and machinery in biological research and the related fields. Among these ...