Name: monitoring bacterial colonization and maintenance on arabidopsis thaliana roots in a floating hydroponic system
Uploaded: 2019-05-28T09:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Monitoring Bacterial Colonization and Maintenance on Arabidopsis thaliana Roots in a Floating Hydroponic System at JoVE.com

Dit werk werd gesteund door onderzoeksfondsen van het departement energie-biologisch en milieu onderzoek (DOE-BER 0000217519 tot E.A.S.), de National Science Foundation (INSPIRE IOS-1343020 tot E. A. S). SLH werd ook gesteund door het National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program. We danken Dr. Jeffery Dangl voor het verstrekken van bacteriële stammen en waardevol inzicht. We danken Dr. Andrew klein en Matthew J. Powers voor experimentele suggesties. Ten slotte wil SLH connecties op sociale media bedanken om ons eraan te herinneren dat het verspreiden van wetenschap een voor recht en een verantwoordelijkheid is, vooral via creatieve en toegankelijke middelen.

Opmerking: de experimentele Setup wordt beschreven voor duidelijkheid en gebruikt voor het genereren van de representatieve resultaten die zijn opgenomen in dit rapport, maar de voorwaarden kunnen worden gewijzigd zoals gewenst. Alle stappen moeten worden uitgevoerd met behulp van PBM en na institutionele en federale reccomendations voor de veiligheid, volgens de BSL status van de gebruikte bacteriën.
1. karakterisering van bacteriën
<ol><li>Bepaal de morfologie van bacteriën op het groei...

<ol>
	<li>Strange, R. N., Scott, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plant+disease:+a+threat+to+global+food+security.">Plant disease: a threat to global food security.</a> Annual Review of Phytopathology. 43, 83-116 (2005).</li><li>Cook, A. M., Grossenbacher, H., H&#252;tter, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+and+cultivation+of+microbes+with+biodegradative+potential.">Isolation and cultivation of microbes with biodegradative potential.</a> Experientia. 39 (11), 1191-1198 (1983).</li><li>Vacheron, 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=Plant+growth-promoting+rhizobacteria+and+root+system+functioning.">Plant growth-promoting rhizobacteria and root system functioning.</a> Fronteirs in Plant Science. 4, 356 (2013).</li><li>Backer, 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=Plant+Growth-Promoting+Rhizobacteria:+Context,+Mechanisms+of+Action,+and+Roadmap+to+Commercialization+of+Biostimulants+for+Sustainable+Agriculture.">Plant Growth-Promoting Rhizobacteria: Context, Mechanisms of Action, and Roadmap to Commercialization of Biostimulants for Sustainable Agriculture.</a> Fronteirs in Plant Science. 9, 1473 (2018).</li><li>Zamioudis, C., Pieterse, 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=Modulation+of+host+immunity+by+beneficial+microbes.">Modulation of host immunity by beneficial microbes.</a> Molecular Plant-Microbe Interactions. 25 (2), 139-150 (2012).</li><li>Kr&#246;ber, 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=Effect+of+the+strain+Bacillus+amyloliquefaciens+FZB42+on+the+microbial+community+in+the+rhizosphere+of+lettuce+under+field+conditions+analyzed+by+whole+metagenome+sequencing.">Effect of the strain Bacillus amyloliquefaciens FZB42 on the microbial community in the rhizosphere of lettuce under field conditions analyzed by whole metagenome sequencing.</a> Frontiers in Microbiology. 5, 252 (2014).</li><li>Bulgarelli, D., Schlaeppi, K., Spaepen, S., Ver Loren van Themaat, E., Schulze-Lefert, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+and+functions+of+the+bacterial+microbiota+of+plants.">Structure and functions of the bacterial microbiota of plants.</a> Annual Review of Plant Biology. 64, 807-838 (2013).</li><li>Niu, B., Paulson, J. N., Zheng, X., Kolter, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simplified+and+representative+bacterial+community+of+maize+roots.">Simplified and representative bacterial community of maize roots.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 114 (12), E2450-E2459 (2017).</li><li>Richter-Heitmann, T., Eickhorst, T., Knauth, S., Friedrich, M. W., Schmidt, H. <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+Strategies+to+Separate+Root-Associated+Microbial+Communities:+A+Crucial+Choice+in+Rhizobiome+Research.">Evaluation of Strategies to Separate Root-Associated Microbial Communities: A Crucial Choice in Rhizobiome Research.</a> Frontiers in Microbiology. 7, 773 (2016).</li><li>Shank, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+coculture+to+detect+chemically+mediated+interspecies+interactions.">Using coculture to detect chemically mediated interspecies interactions.</a> Journal of Visual Experiments. (80), e50863 (2013).</li><li>Woodward, A. W., Bartel, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biology+in+Bloom:+A+Primer+on+the+Arabidopsis+thaliana+Model+System.">Biology in Bloom: A Primer on the Arabidopsis thaliana Model System.</a> Genetics. 208 (4), 1337-1349 (2018).</li><li>Alatorre-Cobos, 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=An+improved,+low-cost,+hydroponic+system+for+growing+Arabidopsis+and+other+plant+species+under+aseptic+conditions.">An improved, low-cost, hydroponic system for growing Arabidopsis and other plant species under aseptic conditions.</a> BMC Plant Biology. 14, 69 (2014).</li><li>Haney, C. H., Samuel, B. S., Bush, J., Ausubel, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Associations+with+rhizosphere+bacteria+can+confer+an+adaptive+advantage+to+plants.">Associations with rhizosphere bacteria can confer an adaptive advantage to plants.</a> Nature Plants. 1 (6), (2015).</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> Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 114 (17), 4549-4554 (2017).</li><li>Townsley, L., Yannarell, S. M., Huynh, T. N., Woodward, J. J., Shank, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cyclic+di-AMP+Acts+as+an+Extracellular+Signal+That+Impacts.">Cyclic di-AMP Acts as an Extracellular Signal That Impacts.</a> MBio. 9 (2), (2018).</li><li>Beauregard, P. B., Chai, Y., Vlamakis, H., Losick, R., Kolter, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bacillus+subtilis+biofilm+induction+by+plant+polysaccharides.">Bacillus subtilis biofilm induction by plant polysaccharides.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences U S A. 110 (17), E1621-E1630 (2013).</li><li>Matthysse, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adherence+of+Bacteria+to+Plant+Surfaces+Measured+in+the+Laboratory.">Adherence of Bacteria to Plant Surfaces Measured in the Laboratory.</a> Journal of Visual Experiments. 136 (136), (2018).</li><li>Garcia-Betancur, J. C., Yepes, A., Schneider, J., Lopez, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-cell+analysis+of+Bacillus+subtilis+biofilms+using+fluorescence+microscopy+and+flow+cytometry.">Single-cell analysis of Bacillus subtilis biofilms using fluorescence microscopy and flow cytometry.</a> Journal of Visual Experiments. (60), (2012).</li><li>Cole, B. 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=Genome-wide+identification+of+bacterial+plant+colonization+genes.">Genome-wide identification of bacterial plant colonization genes.</a> PLoS Biology. 15 (9), e2002860 (2017).</li><li>Lundberg, D. 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=Defining+the+core+Arabidopsis+thaliana+root+microbiome.">Defining the core Arabidopsis thaliana root microbiome.</a> Nature. 488 (7409), 86-90 (2012).</li><li>Grandchamp, G. M., Caro, L., Shank, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pirated+Siderophores+Promote+Sporulation+in+Bacillus+subtilis.">Pirated Siderophores Promote Sporulation in Bacillus subtilis.</a> Applied Environmental Microbiology. 83 (10), (2017).</li><li>Gange, A. C., Gadhave, K. R. <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+promote+plant+size+inequality.">Plant growth-promoting rhizobacteria promote plant size inequality.</a> Science Reports. 8 (1), 13828 (2018).</li><li>Levy, A., 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=Genomic+features+of+bacterial+adaptation+to+plants.">Genomic features of bacterial adaptation to plants.</a> Nature Genetics. 50 (1), 138-150 (2018).</li><li>Mart&#237;nez-Hidalgo, P., Maymon, M., Pule-Meulenberg, F., Hirsch, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+root+microbiomes+for+healthier+crops+and+soils+using+beneficial,+environmentally+safe+bacteria.">Engineering root microbiomes for healthier crops and soils using beneficial, environmentally safe bacteria.</a> Canada Journal of Microbiology. , 1-14 (2018).</li><li>Niu, B., Kolter, R. <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+the+Composition+Dynamics+of+a+Maize+Root-associated+Simplified+Bacterial+Community+and+Evaluation+of+Its+Biological+Control+Effect.">Quantification of the Composition Dynamics of a Maize Root-associated Simplified Bacterial Community and Evaluation of Its Biological Control Effect.</a> Bio Protocol. 8 (12), (2018).</li></ol>

Planten in alle omgevingen communiceren met duizenden tot miljoenen verschillende bacteriën en schimmels,5,7. Deze interacties kunnen een negatieve en positieve invloed hebben op de gezondheid van de plant, met potentiële effecten op gewasopbrengst en voedselproductie. Recent werk suggereert ook dat een variabele kolonisatie van gewassen door PGPBs kan duiden op onvoorspelbare plantgrootte en gewasopbrengst in veldproeven22. Het begrijpe...

Gewasvernietiging door bacteriële en schimmelziekten resulteert in een verlaagde voedselproductie en kan de mondiale stabiliteit ernstig verstoren1. Op basis van de ontdekking dat microben in onderdrukkende bodems verantwoordelijk zijn voor het verhogen van de plantengezondheid2, hebben wetenschappers gevraagd of de plant-microbiome kan worden ingezet om de plantengroei te ondersteunen door de aanwezigheid en overvloed van bepaalde bacteriesoorten3. Bacteriën gevonden om te helpen bij de groei van planten of ontwikkeling worden gezamenlijk genoemd plant groeibevorderende bacteriën (PGPB). Meer recentelijk zijn studies verschoven van het simpelweg identificeren van potentiële pgpb om te begrijpen hoe interkingdom-interacties in de bodem, rond wortels of in de rizosfeer (het gebied direct rond en inclusief het worteloppervlak) kunnen beïnvloeden pgpb activiteit4.
De kolonisatie van rhizosphere door PGPB kan de gezondheid of de ontwikkeling van gastheerplanten verhogen als reactie op diverse stressoren ten opzichte van ongekoloniseerde planten5. Echter, resultaten zijn vaak meer variabel in inheemse bodemomstandigheden in vergelijking met die waargenomen in de streng gecontroleerde kas en laboratorium instellingen6. Een hypothese voor dit verschil is dat de groei of het gedrag van pgpb kan worden geremd door inheemse bodembacteriën of schimmels in de velden7,8. Gunstige effecten door rizosfeer bacteriën in het algemeen afhangen van het vermogen van de bacteriën 1) lokaliseren en verplaatsen naar de wortel, 2) koloniseren de wortel door middel van biofilm vorming, en 3) interactie met de gastheerplant of pathogenen via de productie van kleine molecule de metabolieten7,9. Elk van deze kolonisatie gedrag kan worden beïnvloed door de aanwezigheid en de activiteit van naburige microben10.
We ontwierpen een systeem om deze verschillende bacteriële kolonisatie stadia van de rizosfeer te kwantificeren en te visualiseren (Figuur 1). Deze aanpak vergemakkelijkt studies die onderzoeken waarom het onderhoud op lange termijn van PGPB soms niet wordt waargenomen na de overdracht van planten in nieuwe omgevingen, zoals tijdens het planten van voorgeënt zaailingen. Arabidopsis thaliana as werden gekozen als een plant model als gevolg van het uitgebreide gebruik in laboratoriumonderzoek, evenals de ruime gegevens beschikbaar over de microbiële interacties11. Er zijn drie fasen in het systeem: 1) A. thaliana groei, 2) bacteriële kolonisatie, en 3) bacteriële onderhoud (Zie Figuur 1). Omdat a. thaliana een terrestrische plant is, was het belangrijk om ervoor te zorgen dat het niet onnodig waterstress leed in het hydroponische systeem12. Geïnspireerd door de methoden die Haney et al.13gebruikt, worden de zaailingen geteeld op kunststof gaas om de opname van het vloeistof groeimedium te scheiden. Dit systeem lijkt niet in gevaar te brengen de gezondheid en de ontwikkeling van de gastheer van de plant, en het verbetert A. thaliana groei in vloeistof11. Naarmate de plant zweeft boven het oppervlak, worden de wortels volledig blootgesteld aan kolonisatie door bacteriën geïnocculeerd in het vloeibare bacteriegroei medium. Dit maakt het mogelijk bacteriën van belang te worden onderzocht voor kolonisatie in voedingsstoffen die het meest bevorderlijk zijn voor groei, terwijl vervolgens verschuiving voorwaarden zodat de plant te blijven groeien in een nutriënt medium ontworpen om de groei te ondersteunen. Beide stadia omvatten gestage schudden om Anoxie van de wortel13te voorkomen. Bacteriën kunnen worden gevisualiseerd of becijferd vanaf de wortels van de plant na overdracht van ofwel de kolonisatie medium of het onderhouds medium. Dit hydroponische systeem is zeer flexibel, waardoor experimentele omstandigheden en toegepaste spanningen gemakkelijk kunnen worden gewijzigd, afhankelijk van de interesses van de onderzoekers.
Deze beschreven methode is belangrijk in de context van de grotere hoeveelheid literatuur over Plant-microbe interacties omdat het een robuust systeem biedt voor het bestuderen van deze interacties op het worteloppervlak, terwijl het ook aanpasbaar is aan de groei voorkeuren van verschillende bacteriën. Plant biologie Labs voeren vaak plantaardige kolonisatie experimenten uit op massieve agar, waardoor alleen planaire beweging (als dat) van bacteriën mogelijk is, terwijl ook de mogelijk destructieve manipulatie van planten tijdens de daaropvolgende overdracht nodig is. Microbiologie Labs daarentegen hebben vaak de gezondheid van de bacteriën in hun experimenten geprioriteerde, ten koste van de planten14,15. Deze verschillende prioriteiten van de plant-en microbiologie-gerichte laboratoria hebben het historisch moeilijk gemaakt om de resultaten tussen deze groepen te vergelijken, omdat elk de experimentele omstandigheden optimaliseert om hun organisme van belang15te optimaliseren. Het floating-mesh-plant-growth-systeem dat hier wordt beschreven, voorkomt volledige plant onderdompeling, een opmerkelijk voordeel van eerdere microbiologie georiënteerde studies, terwijl het ook tijdelijk de groei en overleving van bacteriën optimaliseert om de kolonisatie te vergemakkelijken. De test die we hier presenteren, kan dus betrekking hebben op de bezorgdheid van beide planten biologen (over overmatige hydratatie en tactiele manipulatie van de plant), terwijl ze voldoen aan de criteria van microbiologen (waardoor verschillende bacteriële groeiomstandigheden en meerdere interacties van soorten)7. Dit protocol is ontworpen om te worden aangepast voor gebruik met verschillende bacteriën, planten en omgevingscondities.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Required Materials</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1.5 mL eppendorf tubes</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>24-well plates</td>
			<td>BD Falcon</td>
			<td>1801343</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aeraseal</td>
			<td>Excel Scientific</td>
			<td>BE255A2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Autoclave</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bacteria of Interest</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Stored at -80&#730;C in 40% glycerol preferred</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BactoAgar</td>
			<td>BD</td>
			<td>2306428; REF 214010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>bleach</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Conviron</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Short Day Light-Dark Cycles: 460-600 &#181;moles/m&#178;/s set at 9/15 hours light/dark at 18/21&#730;C, with inner power outlet</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dessicator Jar: glass or heavy plastic</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flame</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forceps</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Incubator</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td>At optimal temperature for growth of specified bacteria</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrochloric Acid</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lennox LB Broth</td>
			<td>RPI</td>
			<td>L24066-1000.0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuge</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipetters</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Volumes 5 &#181;L to 1000 &#181;L</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope (preferably fluorescence)</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Could be light if best definition not important</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MS Salts + MES</td>
			<td>RPI</td>
			<td>M70300-50.0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Orbital Plate Shaker</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Capable of running at 220 rpm for at least 96 hours</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri Dishes</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td>50 mL total volume</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reservoirs</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectrophotometer</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard Hole Punch</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Approximately 7mm punch diameter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile water</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgical Tape</td>
			<td>3M</td>
			<td>MMM1538-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Teflon Mesh</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>1100t41</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonicator</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vortex Mixer</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X-gal</td>
			<td>GoldBio</td>
			<td>x4281c</td>
			<td>other vendors available</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Suggested Materials</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>24 Prong Ultrasonicator attachment</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td>For sonicating multiple samples at once. Can be done individually</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alumaseal II</td>
			<td>Excel Scientific</td>
			<td>FE124F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass beads</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multipetter/Repetter</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile 96-well plates</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td>For serial dilutions. Can be replaced by eppendorf tubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biological Materials Used</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arabidopsis thaliana seeds</td>
			<td>any</td>
			<td>N/A</td>
			<td>We recommend Arabidopsis Biological Resource Center for seed stocks</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arthrobacter nicotinovorans</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Levy, et al. 2018</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Curtobacterium oceanosedimentum</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Levy, et al. 2018</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microbacterium oleivorans</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Levy, et al. 2018</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pseudomonas simiae WCS417r</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Published in a similar system in Haney, et al. 2015. Strain used developed in Cole, et al. 2017</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

monitoring bacterial colonization and maintenance on arabidopsis thaliana roots in a floating hydroponic system

Bacteriën vormen complexe rizosfeer microbioom gevormd door het interageren van microben, grotere organismen en de abiotische omgeving. Onder laboratoriumomstandigheden kan de kolonisatie van rizosfeer door plantengroeibevorderende bacteriën (pgpb) de gezondheid of de ontwikkeling van gastheerplanten ten opzichte van ongekoloniseerde planten verhogen. In de veldinstellingen bieden bacteriële behandelingen met PGPB echter vaak geen substantiële voordelen voor gewassen. Een verklaring is dat dit kan te wijten zijn aan verlies van de PGPB tijdens interacties met endogene grond microben over de levensduur van de plant. Deze mogelijkheid was moeilijk te bevestigen, omdat de meeste studies zich richten op de initiële kolonisatie in plaats van het onderhoud van pgpb binnen rizosfeer communities. Het is hier veronderstelde dat de assemblage, coëxistentie, en het onderhoud van bacteriële Gemeenschappen worden gevormd door deterministische kenmerken van de rizosfeer micro omgeving, en dat deze interacties kunnen invloed hebben op de overleving van pgpb in native Settings. Om dit gedrag te bestuderen, wordt een hydrocultuur plant-growth assay geoptimaliseerd met behulp van Arabidopsis thaliana om de ruimtelijke verdeling van bacteriën te kwantificeren en te visualiseren tijdens de initiële kolonisatie van planten wortels en na overdracht naar verschillende groei Omgevingen. De reproduceerbaarheid en het nut van dit systeem worden vervolgens gevalideerd met de goed bestudeerde PGPB Pseudomonas simiae. Om te onderzoeken hoe de aanwezigheid van meerdere bacteriesoorten de kolonisatie en de onderhouds dynamiek op de wortel van de plant kan beïnvloeden, een model Gemeenschap van drie bacteriële stammen (een Arthrobacter, Curtobacteriumen micro bacterie soorten) oorspronkelijk geïsoleerd uit de A. thaliana rizosfeer is geconstrueerd. Het is aangetoond dat de aanwezigheid van deze verschillende bacteriesoorten kan worden gemeten met behulp van deze hydrocultuur plant-maintanence Assay, die een alternatief biedt voor op sequentiëren gebaseerde bacteriële Gemeenschaps studies. Toekomstige studies met behulp van dit systeem kunnen het begrip van bacterieel gedrag in diepte plant microbioom na verloop van tijd en in veranderende omgevingsomstandigheden verbeteren.

De goed gekarakteriseerde PGPB P. simiae WCS417r staat erom bekend de wortels van A. thaliana te koloniseren in de hydroponische cultuur. Deze natuurlijk fluorescerende bacterie kan gemakkelijk worden gevisualiseerd met behulp van microscopie op de wortels van zaailingen na kolonisatie (Figuur 2). Hoewel het mogelijk is om de volledige lengte van deze A. thaliana zaailingen ' (4 – 6 mm lengte) wortels te maken, zou dit voor veel p...

Watch this Scientific Journal Video about Monitoring Bacterial Colonization and Maintenance on Arabidopsis thaliana Roots in a Floating Hydroponic System at JoVE.com

Monitoring Bacterial Colonization and Maintenance on Arabidopsis thaliana Roots in a Floating Hydroponic System

Hier beschrijven we een hydroponische plantengroei test om de aanwezigheid van soorten te kwantificeren en de ruimtelijke verdeling van bacteriën te visualiseren tijdens de initiële kolonisatie van planten wortels en na hun overdracht in verschillende groei omgevingen.

Monitoring van bacteriële kolonisatie en onderhoud op Arabidopsis thaliana wortels in een drijvend Hydroponisch systeem

Bacteria form complex rhizosphere microbiomes shaped by interacting microbes, larger organisms, and the abiotic environment. Under laboratory conditions, ...

De meeste experimenten bestuderen plant-microbe interacties door zich te concentreren op kolonisatie, maar ons protocol is ontworpen om te kijken naar zowel kolonisatie en het onderhoud van de bacteriën op de wortel. We kunnen het experiment veranderen om verschillende bacteriën en planten te passen, en we kunnen zelfs meerdere bacteriën testen in elke 24-put plaat. Om te beginnen, gebruik maken van een standaard gat puncher om schijven van plastic mesh te maken.Verzamel de schijven in een glazen container, en dek losjes af. Steriliseren met behulp van een autoclave ingesteld op een 20 minuten droge cyclus. Gebruik vlam-gesteriliseerde pincet om ongeveer 40 gesteriliseerde mesh schijven te verdelen in een enkele laag over het oppervlak van eerder voorbereide plantengroei medium agar plaat.Plaats twee eerder gesteriliseerde zaden in het midden van elk gaas. Verzegel de plaat met chirurgische tape en broed twee tot zes dagen in de duisternis bij vier graden Celsius om de zaden te vernubiseren. Plaats vervolgens de plaat agar-kant naar beneden in een plantengroeikamer gedurende acht tot tien dagen onder korte-daginstellingen van negen uur licht bij 21 graden Celsius en 15 uur donker bij 18 graden Celsius om zaailingen te ontkiemen en te kweken.Voeg een milliliter bacteriële groei medium aan elke put van een steriele 24-well plaat. Om de ontkiemde zaailingen ingebed in mesh over te brengen, gebruik vlam-gesteriliseerde tangen om het gaas dat twee ontkiemde, even grote, en onbeschadigde zaailingen omhoog en van de agarplaat bevat voorzichtig te pellen. Breng één vlotter met zaailingen aan elke put van bacteriële groeivloeistof, wortel-kant neer over.Vervolgens, resuspend bacteriën gegroeid 's nachts op agar platen in vloeibare bacteriële groeimedium. Voeg 10 microliter bacteriële suspensie toe aan elke put, met uitzondering van media-only controleputten, voor een uiteindelijke concentratie van een miljoen kolonievormende eenheden bacteriën per put. Om de plaat af te sluiten voor steriele groei, druk je voorzichtig gas-permeabele film over de plaat zonder de kleverige kant aan te raken.Druk uitoefenen rond elk van de ringen gemaakt door de putten om ervoor te zorgen dat elke put is individueel verzegeld. Sluit vervolgens de plaat met zijn plastic deksel strak over de gas-permeabele film. Plaats de plaat in een plantengroeikamer op een orbitale plaatshaker ingesteld op 220 rpm, en uitbroeden gedurende 18 uur onder dezelfde omstandigheden als de zaailingen oorspronkelijk ontkiemd waren.Om alle praalwagens met planten te spoelen, voeg je een milliliter steriel water toe aan elke put van een nieuwe 24-put plaat. Verwijder gas-permeabele film van de plaat met planten, en gebruik steriele tangen om praalwagens over te brengen naar putten met water, en incubeer gedurende 10 minuten op kamertemperatuur zonder agitatie. Vul vervolgens elke put van een nieuwe plaat met 24-putten met één milliliter plantengroeimedium.Breng een gaas naar elke put, en bedek met een gas-permeabele afdichting. Incubeer gedurende 72 uur op de orbitale plaatshaker bij 220 tpm in de plantengroeikamer. Na de incubatie, spoel de planten zoals eerder gedaan.Verwijder na het spoelen de zaailingen uit het gaas door vlamgesteriliseerde tangen voorzichtig onder de bladeren aan de bladzijde van het gaas te plaatsen. Knijp de stengel licht in en beweeg de zaailingen omhoog en uit de buurt van het gaas om de wortel los te maken zonder deze te breken. Om bacteriën uit plantenwortels te verwijderen, breng zaailingen van elk gaas in individuele putten van een 24-well sonicatieplaat met een milliliter dubbel gedestilleerd water.Sonicate alle monsters in de plaat in een keer met behulp van een multipronged sonicator zoals beschreven in het manuscript. Om de bacteriën te kwantificeren, uitvoeren seriële 10-voudige verdunningen van de gesoniceerde monsters in bacteriële groeimedium. Verspreid met steriele glazen kralen, en uitbroeden bij de optimale temperatuur voor bacteriën tot individuele kolonies zijn telbaar.Om intacte plantenwortel te verzamelen, gebruikt u tangen om de zaailingen uit het gaas te verwijderen. Breng elke plant vervolgens over op een microscoopdia door de punt van de wortel op de dia te plaatsen en deze van de punt weg te slepen om de opname gelijk met de dia in te stellen, zodat een rechtgetrokken wortel wordt gegarandeerd voor de beste beeldvorming. Voeg een druppel water of steriel plantengroeimedium toe aan elk monster om interfaces tussen de covers en glijbanen te hydrateren.Plaats een glazen coverslip net boven de wortelkroon en onder de shoot bladeren om te voorkomen dat schuin van de coverslip, en druk zachtjes naar beneden. Beeld vervolgens de bacteriën met behulp van de juiste excitatie / emissiefilters om bacteriën te onderscheiden van elkaar en de plantwortel. Pseudomonas simiae, natuurlijk fluorescerende bacterie, gekoloniseerd Arabidopsis thaliana wortels en werd gehandhaafd op de wortel na overdracht naar plantengroei medium.Wortelkroon, middenlengte, en tip tonen fluorescentie als gevolg van kolonisatie van Pseudomonas simiae. De no-bacteriën negatieve controle toonde geen kolonisatie. Toen Pseudomonas simiae op Arabidopsis thaliana wortels werden gekwantificeerd na 18 uur kolonisatie of 72 uur onderhoud, het totale aantal kolonievormende eenheden per zaailing op beide tijdpunt toonde een goede reproduceerbaarheid over biologische repliceren uitgevoerd op verschillende dagen.Er was een toename van het aantal kolonievormende eenheden per zaailing na 72 uur in onderhoudsmedium, in vergelijking met de getallen die werden waargenomen op het tijdpunt van 18 uur na de kolonisatie, wat aangeeft dat actieve groei van de gekoloniseerde bacteriën op de plantenwortel plaatsvond tijdens de onderhoudsfase. Drie soorten bacteriën geïsoleerd uit Arabidopsis thaliana geteeld in natuurlijke bodem onder laboratoriumomstandigheden werden gebruikt om de associatie van meerdere soorten op plantenwortels te controleren. Ze waren duidelijk gedifferentieerd op media die X-gal als gevolg van verschillen in kolonie morfologie en kleur, waardoor het tellen van de kolonie-vormende eenheden per zaailing van elke soort zonder antibiotica selectie, zelfs in multi-species cocultuur.Deze drie soorten bacteriën werden allemaal gekoloniseerd en onderhouden op de wortel, alleen of in bacteriële cocultuur. Elke soort vertoonde trends die vergelijkbaar waren met verschillende biologische en technische replicaties, waaruit bleek dat dit protocol kan worden gebruikt om zowel relatieve als totale kolonievormende eenheden per wortel van elke soort te meten. Wanneer alleen geteeld, geen individuele soorten toonde een aanzienlijke toename van overvloed tijdens het onderhoud stadium, maar de totale kolonie-vormende eenheden per wortel van de gecombineerde gemeenschap toegenomen in coculturen, wat aangeeft dat deze bacteriën niet verbieden de kolonisatie van de andere stammen.De moeilijkste stappen zijn die die de verwijdering van intacte installaties van de netschijven vereisen. Geduldig en zacht zijn zal dit mogelijk maken. Als de bacteriële cellen fluorescerend zijn, kunnen de monsters worden gesorteerd op stroomcytometrie om de relatieve aantallen cellen te bepalen.

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

Monitoring Bacterial Colonization and Maintenance on Arabidopsis thaliana Roots in a Floating Hydroponic System

An Orthotopic Model of Serous Ovarian Cancer in Immunocompetent Mice for in vivo Tumor Imaging and Monitoring of Tumor Immune Responses

An Orthotopic Model of Serous Ovarian Cancer in Immunocompetent Mice for in vivo Tumor Imaging and Monitoring of Tumor Immune Responses

Een orthotope Model van sereuze eierstokkanker in immunocompetente muizen voor In vivo Tumor Imaging en Bewaking van de Tumor Immuunrespons

Background: Ovarian cancer is generally diagnosed at an advanced stage where the case/fatality ratio is high and thus remains the most lethal of all ...

Investigating the Effects of Probiotics on Pneumococcal Colonization Using an In Vitro Adherence Assay

Investigating the Effects of Probiotics on Pneumococcal Colonization Using an In Vitro Adherence Assay

Onderzoek naar de effecten van probiotica op Pneumococcal Kolonisatie Met behulp van een<em&gt; In Vitro</em&gt; Hechting Assay

Adherence of Streptococcus pneumoniae (the pneumococcus) to the epithelial lining of the nasopharynx can result in colonization and is considered a ...

Monitoring the Assembly of a Secreted Bacterial Virulence Factor Using Site-specific Crosslinking

Monitoring van de Assemblee van een afgescheiden virulentiewerd Factor behulp van Site-specifieke Crosslinking

This article describes a method to detect and analyze dynamic interactions between a protein of interest and other factors in vivo. Our method is based on ...

Assessing Bacterial Invasion of Cardiac Cells in Culture and Heart Colonization in Infected Mice Using Listeria monocytogenes

Assessing Bacterial Invasion of Cardiac Cells in Culture and Heart Colonization in Infected Mice Using Listeria monocytogenes

Beoordeling van bacteriële invasie van hartcellen in cultuur en hartkolonisatie bij geïnfecteerde muizen met listeria monocytogenes

Listeria monocytogenes is a Gram-positive facultative intracellular pathogen that is capable of causing serious invasive infections in immunocompromised ...

Bacterial Leaf Infiltration Assay for Fine Characterization of Plant Defense Responses using the Arabidopsis thaliana-Pseudomonas syringae Pathosystem

Bacterial Leaf Infiltration Assay for Fine Characterization of Plant Defense Responses using the Arabidopsis thaliana-Pseudomonas syringae Pathosystem

Bacteriële Leaf Infiltratie Assay voor Beeldende karakterisatie van Plant Defense Reacties met behulp van de<em&gt; Arabidopsis thaliana-Pseudomonas syringae</em&gt; Pathosystem

In the absence of specialized mobile immune cells, plants utilize their localized programmed cell death and Systemic Acquired Resistance to defend ...

Implementation of a Permeable Membrane Insert-based Infection System to Study the Effects of Secreted Bacterial Toxins on Mammalian Host Cells

Implementatie van een permeabel membraan Insert-gebaseerde infectiesysteem: Effecten van uitgescheiden bacteriële toxinen op zoogdiergastheercellen Studie

Many bacterial pathogens secrete potent toxins to aid in the destruction of host tissue, to initiate signaling changes in host cells or to manipulate ...

Detection of Enterohemorrhagic Escherichia Coli Colonization in Murine Host by Non-invasive In Vivo Bioluminescence System

Detection of Enterohemorrhagic Escherichia Coli Colonization in Murine Host by Non-invasive In Vivo Bioluminescence System

Detectie van de Enterohemorrhagic Escherichia Coli kolonisatie in lymfkliertest Host door niet-invasieve In Vivo bioluminescentie systeem

Enterohemorrhagic E. coli (EHEC) O157:H7, which is a foodborne pathogen that causesdiarrhea, hemorrhagic colitis (HS), and hemolytic uremic syndrome ...

A High-throughput Shigella-specific Bactericidal Assay

A High-throughput Shigella-specific Bactericidal Assay

Een High-throughput Shigella-specifieke bactericide Assay

Serum bactericidal assays (SBAs) measure the functional activity of antibodies and have been used for many decades. SBAs directly measure antibody killing ...

Pattern-Triggered Oxidative Burst and Seedling Growth Inhibition Assays in Arabidopsis thaliana

Pattern-Triggered Oxidative Burst and Seedling Growth Inhibition Assays in Arabidopsis thaliana

Patroon-geactiveerde oxidatieve burst en zaailing groeiremming assays in Arabidopsis thaliana

Plants have evolved a robust immune system to perceive pathogens and protect against disease. This paper describes two assays that can be used to measure ...

High-throughput Screening of Chemical Compounds to Elucidate Their Effects on Bacterial Persistence

High-throughput screening van chemische verbindingen om hun effecten op bacteriële persistentie op te helderen

Bacterial persisters are defined as a small subpopulation of phenotypic variants with the capability of tolerating high concentrations of antibiotics. ...