Name: evaluation of fertilization state by tracing sperm nuclear morphology in arabidopsis double fertilization
Uploaded: 2019-08-29T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Evaluation of Fertilization State by Tracing Sperm Nuclear Morphology in Arabidopsis Double Fertilization at JoVE.com

이 작품은 일본과학진흥회(JP17H05832~T.I.)의 후원을 받았으며, 지바대학 지바대학 의 식물화학 식물 분자과학 전략적 우선연구 추진 프로그램의 지원을 받았습니다.

1. 인공 수분
참고: 프로세스를 시작하기 전에 5번 집게가 필요합니다.
<ol><li>성장 챔버에서 16-h 빛/8-h 암흑 주기 하에서 22°C에서 A. 탈리아나(Col-0)를 성장시다. 참고: 잘라 서 드 싹의 개발을 촉진 하기 위해 가위로 첫 번째 개발 된 꽃 줄기를 제거 합니다. 활발하게 성장하는 식물 (첫 번째 줄기절단 후 2-3 주, 식물 높이 약 25cm)는 분석에 적합?...

<ol>
	<li>Mori, T., Kawai-Toyooka, H., Igawa, T., Nozaki, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gamete+dialogs+in+green+lineages.">Gamete dialogs in green lineages.</a> Molecular Plant. 8, 1442-1454 (2015).</li><li>Dresselhaus, T., Sprunck, S., Wessel, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fertilization+mechanisms+in+flowering+plants.">Fertilization mechanisms in flowering plants.</a> Current Biology. 26, R125-R139 (2016).</li><li>Mori, T., Kuroiwa, H., Higashiyama, T., Kuroiwa, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=GENERATIVE+CELL+SPECIFIC+1+is+essential+for+angiosperm+fertilization.">GENERATIVE CELL SPECIFIC 1 is essential for angiosperm fertilization.</a> Nature Cell Biology. 1, 64-71 (2006).</li><li>von Besser, K., Frank, A. C., Johnson, M. A., Preuss, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Arabidopsis+HAP2+(GCS1)+is+a+sperm-specific+gene+required+for+pollen+tube+guidance+and+fertilization.">Arabidopsis HAP2 (GCS1) is a sperm-specific gene required for pollen tube guidance and fertilization.</a> Development. 133, 4761-4769 (2006).</li><li>Mori, T., Igawa, T., Tamiya, G., Miyagishima, S. Y., Berger, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gamete+attachment+requires+GEX2+for+successful+fertilization+in+Arabidopsis.">Gamete attachment requires GEX2 for successful fertilization in Arabidopsis.</a> Current Biology. 24, 170-175 (2014).</li><li>Takahashi, T., 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+male+gamete+membrane+protein+DMP9/DAU2+is+required+for+double+fertilization+in+flowering+plants.">The male gamete membrane protein DMP9/DAU2 is required for double fertilization in flowering plants.</a> Development. 145, dev170076 (2018).</li><li>Ingouff, M., Hamamura, Y., Gourgues, M., Higashiyama, T., Berger, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distinct+dynamics+of+HISTONE3+variants+between+the+two+fertilization+products+in+plants.">Distinct dynamics of HISTONE3 variants between the two fertilization products in plants.</a> Current Biology. 17, 1032-1037 (2007).</li><li>Smyth, D. R., Bowman, J. L., Meyerowitz, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Early+flower+development+in+Arabidopsis.">Early flower development in Arabidopsis.</a> Plant Cell. 2, 755-767 (1990).</li><li>Kasahara, R. D., Maruyama, D., Higashiyama, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fertilization+recovery+system+is+dependent+on+the+number+of+pollen+grains+for+efficient+reproduction+in+plants.">Fertilization recovery system is dependent on the number of pollen grains for efficient reproduction in plants.</a> Plant Signaling &amp; Behavior. 8, e23690 (2013).</li><li>Kasahara, R. D., 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=Fertilization+recovery+after+defective+sperm+cell+release+in+Arabidopsis.">Fertilization recovery after defective sperm cell release in Arabidopsis.</a> Current Biology. 22, 1084-1089 (2012).</li><li>Hamamura, 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=Live-cell+imaging+reveals+the+dynamics+of+two+sperm+cells+during+double+fertilization+in+Arabidopsis+thaliana.">Live-cell imaging reveals the dynamics of two sperm cells during double fertilization in Arabidopsis thaliana.</a> Current Biology. 21, 497-502 (2011).</li><li>Igawa, T., Yanagawa, Y., Miyagishima, S., Mori, T. <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+gamete+membrane+dynamics+during+double+fertilization+of+Arabidopsis.">Analysis of gamete membrane dynamics during double fertilization of Arabidopsis.</a> Journal of Plant Research. 126, 387-394 (2013).</li></ol>

HTR10-mRFP 라벨은 친자 염색질(즉, 정자 세포 핵을 시각화함)이며, 이중 수정에서의 역학은7. 꽃가루 관에서 방출 직후, HTR10-mRFP 표지된 정액 핵은 아직도 응축됩니다. 그러나, 각각의 정자 핵은 가메라미에서 수정된 여성 게임테 핵과 병합시 에이치막 융합 7후3~4시간 동안 소멸된다. 수정되지 않은 정자 세포는 gcs1 정액 세포가 풍부하게 함 없이 체포되는 배...

꽃 피는 식물은 이중 수정을 통해 씨앗을 생산, 직접 gamete 혈장 막에 국한 단백질 사이의 상호 작용에 의해 제어되는 과정1,2. 꽃 식물 남성 gametes, 정자 세포의 쌍, 꽃가루에서 개발. 수분 후에 자라는 꽃가루 관은 배아 낭에서 발전하는 여성 gametes, 계란 세포 및 중앙 세포에 한 쌍의 정자 세포를 전달합니다. 남성과 여성의 게임들이 만난 후, gamete 표면의 단백질은 인식, 부착 및 융합을 촉진하여 이중 수정을 완료합니다. 이전 연구에서, 수컷 게임테막 단백질 생성 세포 특이적 1(GCS1)/HAPLESS2(HAP2)3,4 및 GAMETE EXPRESSED 2(GEX2)5는 게임테 융합에 관여하는 수정 조절제로서 확인되었고, 첨부 파일각각. 우리는 최근에 gamete 상호 작용에 관여하는 풍부하게 함 조정기로 남성 gamete 특이적인 막 단백질, DUF679 DOMAIN 막 단백질 9 (DMP9)를 확인했습니다. 우리는 DMP9 발현의 감소가 A. 탈리아나6에서 이중 수정 동안 난자 세포 수정의 현저한 억제를 초래한다는 것을 것을을 발견했습니다.
이중 수정은 난소 조직으로 더 싸여 있는 배아 낭에서 발생하므로 이중 수정 과정의 상태를 관찰하고 분석하기가 어렵습니다. 이러한 이유로, 이중 수정 제어의 전체 메커니즘의 완전한 이해를 방해하는 많은 불분명한 점이 여전히 있다. 생체 내 조건에서 이중 수정 시 게임테의 거동을 추적하는 관찰 기법의 확립은 수정 조절제에 대한 잠재적 후보의 기능적 분석에 필수적입니다. 최근 연구는 gamete 세포 내 구조물이 형광 성 단백질로 표지되는 마커 선을 산출했습니다. 이 기사에서는 인위적으로 수분된 암술에서 파생된 배아 낭에서 발생한 이중 수정을 관찰하기 위한 간단하고 빠른 프로토콜을 보여줍니다. 정자 세포 핵 마커 라인 HTR10-mRFP7를사용하여, 각 여성 게임테의 수정 상태는 정자 핵 신호 형태에 기초하여 구별될 수 있다. 수정에서 정자 핵의 이러한 형태학적 변화에 초점을 맞춘 우리의 프로토콜은 통계적 증거를 위해 충분한 양의 데이터를 효율적으로 얻을 수 있습니다. HTR10-mRFP 배경을 이용한 DMP9-녹다운라인(DMP9KD/HTR10-mRFP)을남성 식물로 사용하여 단일 수정 패턴을 나타내게 하였다. 이 프로토콜은 또한 다른 풍부하게 함 조절제의 기능적 분석에 적합하다.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>BX51</td>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td>Epifluorescence microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cover glass</td>
			<td>Matsunami glass</td>
			<td>C018181</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMP9KD/HTR10-mRFP</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Arabidopsis thaliana, HTR10-mRFP background 
			Takahashi et al. (2018)6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Double-sided tape</td>
			<td>Nichiban</td>
			<td>NW-15S</td>
			<td>15 mm width</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DP72</td>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td>Degital camera</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forceps</td>
			<td>Vigor</td>
			<td></td>
			<td>Any No. 5 forceps are available</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Growth chamber</td>
			<td>Nihonika</td>
			<td>LPH-411PFQDT-SP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HTR10-mRFP</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Arabidopsis thaliana, ecotype Columbia-0 (Col-0) background 
			Ingouff et al. (2007)7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Injection needle</td>
			<td>Terumo</td>
			<td>NN-2719S</td>
			<td>27 gauge</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Slide glass</td>
			<td>Matsunami glass</td>
			<td>S9443</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SZX9</td>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td>Dissecting microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>U-MRFPHQ</td>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td>Fluorescence Filter Cube (Excitation: BP535-555, Emission: BA570-625, Dichromatic mirror:DM565)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UPlanFL N 40x</td>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td>Objective lens (NA 1.3), oil-immersion</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UPlanSApo 20x</td>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td>Objective lens (NA0.75), dry</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

evaluation of fertilization state by tracing sperm nuclear morphology in arabidopsis double fertilization

꽃 피는 식물은 '이중 수정'이라는 독특한 성적 재생 시스템을 가지고, 있는 정자 세포의 각각은 정확하게 계란 세포 또는 중앙 세포와 융합. 따라서, 2개의 독립적인 풍부하게 함 사건은 거의 동시에 일어든다. 수정란 세포와 중앙 세포는 각각 접합체와 배유로 발전합니다. 따라서, 이중 풍부하게 함의 정밀한 통제는 계속되는 종자 발달을 위해 필수적이다. 이중 수정은 깊게 숨겨져 두꺼운 난소 와 난소 조직으로 덮여 여성 gametophyte (배아 낭)에서 발생합니다. 이 암술 조직 건설은 이중 수정의 관측 그리고 분석을 아주 어렵게 하고 이중 풍부하게 함의 기계장치에 관하여 많은 질문이 대답되지 않는 남아 있는 현재 상황을 만들었습니다. 수정 조절제에 대한 잠재적 인 후보의 기능적 평가를 위해, 풍부하게 함의 의 자형 분석이 중요하다. 애기장대에서수정의 완료를 판단하기 위해, 정자 핵을 표시하는 형광 신호의 모양은 지표로 사용됩니다. 수정하지 못하는 정자 세포는 여성 gametes 외부의 응축형 신호에 의해 표시되는 반면, 성공적으로 비옥하게 하는 정자 세포는 여성 gametes의 핵을 가진 karyogamy 때문에 decondensed 신호에 의해 표시됩니다. 여기서 설명된 방법은 생체 내 조건하에서 성공 또는 실패한 수정을 결정하는 도구를 제공한다.

DMP9 KD/HTR10-mRFP로수분된 암술로부터의 난을 7-8 HAP에서 수집하고 관찰하였다. 
대부분의 난란은 난자 세포 (micropylar 측) 및 중앙 세포 (charazal 끝 측) 핵 위치에서 2 개의 decondensed mRFP 표지된 정액 핵을 각각 포함했습니다 (그림3A),성공적인 이중 수정을 나타내는. 또한, 중앙 세포 핵에 decondensed ...

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Evaluation of Fertilization State by Tracing Sperm Nuclear Morphology in Arabidopsis Double Fertilization

우리는 epifluorescence 현미경을 사용하여 애기장대 이중 수정에 있는 정액 핵 형태에 근거하여 성공또는 실패한 수정을 결정하는 방법을 보여줍니다.

애기장의 정자 핵 형태를 추적하여 수정 상태의 평가 이중 수정

Flowering plants have a unique sexual reproduction system called &#8216;double fertilization&#39;,&#160;in which each of the sperm cells precisely fuses ...

이 프로토콜은 애기독증의 이중 수정에 특정 요인의 참여를 평가하는 방법을 제공합니다. 수정 상태는 정자 핵의 형태에 의해 한눈에 판단될 수 있으므로 통계 분석을 위한 데이터의 빠른 획득이 가능합니다. 이 방법은 애기독증의 수정 표현형에 대한 평가에 특이적이다.애기독증에도 아직 알려지지 않은 수정 규제 기관이 있습니다. 이 방법은 미래의 알려지지 않은 수정 요인의 기능 분석에 유용할 것입니다. 배란의 빠르고 온전한 취급 기술을 마스터하는 것은이 분석의 성공을 위해 중요하다.시작하려면, 성장 챔버에서 16 시간 빛과 8 시간 어두운 주기에서 22 섭씨에서 아라비도시스 탈리아나 성장. 가위로 최초로 개발된 꽃줄기를 잘라내어 제거하여 축조류싹의 개발을 촉진합니다. 첫 번째 줄기를 끊은 후 2 ~ 3 주, 식물 높이를 측정합니다.높이가 25cm 이상인 식물은 활발하게 성장하는 식물로 간주되며 분석에 적합합니다. 11단계에서 꽃잎조각이 맨 위에 보이는 새싹을 찾아보세요. 꽃 봉오리의 세팔, 꽃잎 및 stamen을 제거하기 위해 숫자 다섯 집게를 사용합니다.방출 후 15~18시간 후에는 13단계에서 HTR10 mRFP 꽃의 배경이 있는 DMP9-넉다운 라인의 선석면을 집게하여 필라멘트를 집게합니다. 수분을 공급하려면, 부드럽게 dehiscent anther와 함께 여러 번 압증 된 pistil의 오명을 두드려. 수분 후 7~8시간 후에 피스틸을 모아 양면 테이프에 놓습니다.그런 다음 집게로 부드럽게 눌러 테이프의 피스틸을 수정합니다. 해부 현미경에서, 주사 바늘을 사용하여 난소의 상부 및 하부 끝을 잘라. 주사 바늘의 끝을 이동하여 회개 의 양쪽을 따라 난소 벽을 슬릿합니다.푸니큘러스와 송신소를 분리하지 않도록 신중하게 잘라냅니다. 난소 벽에 에버트. 난간이 연결된 중격의 베이스를 꼬집어 서 포셉으로 조심스럽게 들어 올립니다.용란을 슬라이드 유리에 물 한 방울로 옮기고 형광 현미경으로 관찰할 수 있는 커버글래스로 부드럽게 덮습니다. 형광 필터 큐브가 장착된 피형 현미경에서 객관적인 렌즈를 20배 또는 40배로 조정합니다. mRFP로 표지된 정자 핵을 포함하는 ovules의 심상을 취득합니다.배아 낭에서 mRFP 표지된 정자 핵의 수를 확인합니다. 배아 낭에서 각 mRFP 표지된 정자 핵의 모양과 위치를 확인한다. 이 연구에서는, 수정 표현형은 배란에 있는 정액 핵 신호 형태에 의해 판단되었습니다.대부분의 난란은 계란 세포 micropylar 측 및 중앙 세포 charazal 말측에 2개의 decondensed mRFP 표지한 정액 핵을 포함했습니다. 이는 성공적인 이중 수정을 나타냅니다. 또한, 중앙 세포 핵에서 decondensed mRFP-표지된 정자 핵을 함유한 배란과 계란 세포 외부의 응축된 mRFP-표지된 정자 핵이 관찰되어 단일 수정을 나타낸다.이중 수정이 실패하는 경우, 2개의 응축된 mRFP-표지된 정자 핵은 계란 세포와 중앙 세포의 경계에서 관찰되었다. HTR10-mRFP 꽃가루의 배경을 가진 DMP9-녹다운 라인을 이용한 분석에서, 단일 응축된 mRFP 표지된 정자 핵 또는 3개 이상의 mRFP 표지정자 핵을 함유한 배란은 거의 관찰되지 않았다. 여성 마커 라인의 사용과 결합하여 보다 정확한 수정 상태를 분석할 수 있습니다.예를 들어, 게임트 융합 후 및 카르요가미가 판단되기 전에 의 수정 상태는 판단될 수 있다. 예, 수정 과정은 여러 단계로 나뉩니다. 이 개선된 방법으로 각 수정 조절기가 어떤 단계에 응답할 수 있는가하는 질문입니다.그것은 식물의 성적 번식에 깊은 통찰력을 제공 할 것입니다.

Research

JoVE Journal

Developmental Biology

Evaluation of Fertilization State by Tracing Sperm Nuclear Morphology in Arabidopsis Double Fertilization

Manipulation and In Vitro Maturation of Xenopus laevis Oocytes, Followed by Intracytoplasmic Sperm Injection, to Study Embryonic Development

Manipulation and In Vitro Maturation of Xenopus laevis Oocytes, Followed by Intracytoplasmic Sperm Injection, to Study Embryonic Development

조작 및<em&gt; 체외</em의&gt; 성숙<em&gt; 아프리카 발톱 개구리 laevis의</em세포질 내 정자 주입에 이어&gt; 난 모세포, 배아 발달을 연구하는

Amphibian eggs have been widely used to study embryonic development. Early embryonic development is driven by maternally stored factors accumulated during ...

연구

발생학

Live Confocal Imaging of Developing Arabidopsis Flowers

애기 장대 꽃 개발의 공 촛점 이미징 라이브

The study of plant growth and development has long relied on experimental techniques using dead, fixed tissues and lacking proper cellular resolution. ...

Bottlenose Dolphin (Tursiops truncatus) Spermatozoa: Collection, Cryopreservation, and Heterologous In Vitro Fertilization

Bottlenose Dolphin Tursiops truncatus Spermatozoa: Collection, Cryopreservation, and Heterologous In Vitro Fertilization

병 코 돌고래 (Tursiops truncatus) 정 충: Cryopreservation, 수집과 Heterologous 체 외에서 수정

The use of cryopreserved dolphin spermatozoa facilitates the exchange of genetic material between aquatic parks and makes spermatozoa accessible to ...

Analysis of Chromosome Segregation, Histone Acetylation, and Spindle Morphology in Horse Oocytes

말의 난 모세포에서의 염색체 분리, 히스톤 아세틸 화 및 스핀들 형태의 분석

The field of assisted reproduction has been developed to treat infertility in women, companion animals, and endangered species. In the horse, assisted ...

A Method for Characterizing Embryogenesis in Arabidopsis

A Method for Characterizing Embryogenesis in Arabidopsis

애기 에서 Embryogenesis를 특성화 하는 방법

Given the highly predictable nature of their development, Arabidopsis embryos have been used as a model for studies of morphogenesis in plants. However, ...

Live Cell Imaging of Chromosome Segregation During Mitosis

유사 분열 동안 염색체 분리의 라이브 셀 이미징

Chromosomes must be reliably and uniformly segregated into daughter cells during mitotic cell division. Fidelity of chromosomal segregation is controlled ...

Tracing Gene Expression Through Detection of &#946;-galactosidase Activity in Whole Mouse Embryos

Tracing Gene Expression Through Detection of ÃƒÆ’Ã…Â½Ãƒâ€šÃ‚Â²-galactosidase Activity in Whole Mouse Embryos

전체 마우스 배아에서 β-galactosidase 활동의 감지를 통해 유전자 발현 추적

The Escherichia coli LacZ gene, encoding &#946;-galactosidase, is largely used as a reporter for gene expression and as a tracer in cell lineage studies. ...

Fluorimetric Techniques for the Assessment of Sperm Membranes

정자 세포 막의 평가 대 한 Fluorimetric 기법

Standard spermiograms describing sperm quality are mostly based on the physiological and visual parameters, such as ejaculate volume and concentration, ...

A Layered Mounting Method for Extended Time-Lapse Confocal Microscopy of Whole Zebrafish Embryos

전체 얼룩말 배아의 연장된 시간 경과 공초점 현미경 검사법을 위한 레이어형 장착 방법

Dynamics of development can be followed by confocal time-lapse microscopy of live transgenic zebrafish embryos expressing fluorescence in specific tissues ...

Clonal Genetic Tracing using the Confetti Mouse to Study Mineralized Tissues

광물화된 조직을 연구하기 위해 색종이 마우스를 사용한 클로날 유전자 추적

Labeling an individual cell in the body to monitor which cell types it can give rise to and track its migration through the organism or determine its ...