Name: characterizing mechanical properties of primary cell wall in living plant organs using atomic force microscopy
Uploaded: 2022-05-18T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Characterizing Mechanical Properties of Primary Cell Wall in Living Plant Organs Using Atomic Force Microscopy at JoVE.com

Dr. Dmitry Suslov'a (Saint Petersburg Devlet Üniversitesi, Saint Petersburg, Rusya) ve Prof. Mira Ponomareva'ya (Tatar Scientific Research Institute of Agriculture, FRC KazSC RAS, Kazan, Rusya) sırasıyla mısır ve çavdar tohumu sağladıkları için teşekkür ederiz. Sunulan yöntem, LK'ya verilen 18-14-00168 sayılı Rus Bilim Vakfı Projesi çerçevesinde geliştirilmiştir. Çalışmanın bir kısmı (sunulan sonuçların elde edilmesi), RAS FRC Kazan Bilim Merkezi için hükümet görevinin mali desteğiyle AP tarafından gerçekleştirildi.

1. AFM ölçümleri için numune hazırlama
<ol><li>Bitki materyali: Mısır (Zea mays L.) ve çavdar (Secale tahıl gevrek L.) tohumlarını 10 dakika boyunca% 0.35'lik bir NaOCl çözeltisi ile sterilize edin, 3x'i damıtılmış suyla yıkayın ve daha sonra sırasıyla 4 gün ve 2 gün boyunca 27 ° C'de karanlıkta hidroponik olarak büyüyün. Deney için birincil kökler kullanıldı.</li>
	<li>Vibratom kesitleme için çözeltilerin ve numunelerin hazırlanması<ol><li>Bir mik...

<ol>
	<li>Zerzour, R., Kroeger, J., Geitmann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polar+growth+in+pollen+tubes+is+associated+with+spatially+confined+dynamic+changes+in+cell+mechanical+properties.">Polar growth in pollen tubes is associated with spatially confined dynamic changes in cell mechanical properties.</a> Developmental Biology. 334 (2), 437-446 (2009).</li><li>Braybrook, S. A., Peaucelle, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechano-chemical+aspects+of+organ+formation+in+Arabidopsis+thaliana:+the+relationship+between+auxin+and+pectin.">Mechano-chemical aspects of organ formation in Arabidopsis thaliana: the relationship between auxin and pectin.</a> Plos One. 8 (3), 57813 (2013).</li><li>Milani, 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=In+vivo+analysis+of+local+wall+stiffness+at+the+shoot+apical+meristem+in+Arabidopsis+using+atomic+force+microscopy.">In vivo analysis of local wall stiffness at the shoot apical meristem in Arabidopsis using atomic force microscopy.</a> Plant Journal. 67 (6), 1116-1123 (2011).</li><li>Daher, F. B., 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=Anisotropic+growth+is+achieved+through+the+additive+mechanical+effect+of+material+anisotropy+and+elastic+asymmetry.">Anisotropic growth is achieved through the additive mechanical effect of material anisotropy and elastic asymmetry.</a> Elife. 7, 38161 (2018).</li><li>Peaucelle, A., Wightman, R., Hofte, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+control+of+growth+symmetry+breaking+in+the+Arabidopsis+hypocotyl.">The control of growth symmetry breaking in the Arabidopsis hypocotyl.</a> Current Biology. 25 (13), 1746-1752 (2015).</li><li>Petrova, A., Gorshkova, T., Kozlova, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gradients+of+cell+wall+nano-mechanical+properties+along+and+across+elongating+primary+roots+of+maize.">Gradients of cell wall nano-mechanical properties along and across elongating primary roots of maize.</a> Journal of Experimental Botany. 72 (5), 1764-1781 (2021).</li><li>Chiniquy, 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=Three+novel+rice+genes+closely+related+to+the+Arabidopsis+IRX9,+IRX9L,+and+IRX14+genes+and+their+roles+in+xylan+biosynthesis.">Three novel rice genes closely related to the Arabidopsis IRX9, IRX9L, and IRX14 genes and their roles in xylan biosynthesis.</a> Frontiers in Plant Science. 4, 83 (2013).</li><li>Majda, 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=Mechanochemical+polarization+of+contiguous+cell+walls+shapes+plant+pavement+cells.">Mechanochemical polarization of contiguous cell walls shapes plant pavement cells.</a> Developmental Cell. 43 (3), 290-304 (2017).</li><li>Bidhendi, A. J., Geitmann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+to+quantify+primary+plant+cell+wall+mechanics.">Methods to quantify primary plant cell wall mechanics.</a> Journal of Experimental Botany. 70 (14), 3615-3648 (2019).</li><li>Peaucelle, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AFM-based+Mapping+of+the+elastic+properties+of+cell+walls:+at+tissue,+cellular,+and+subcellular+resolutions.">AFM-based Mapping of the elastic properties of cell walls: at tissue, cellular, and subcellular resolutions.</a> Journal of Visualized Experiments. (89), e51317 (2014).</li><li>Peaucelle, 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=Pectin-induced+changes+in+cell+wall+mechanics+underlie+organ+initiation+in+Arabidopsis.">Pectin-induced changes in cell wall mechanics underlie organ initiation in Arabidopsis.</a> Current Biology. 21 (20), 1720-1726 (2011).</li><li>Beauzamy, L., Derr, J., Boudaoud, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantifying+hydrostatic+pressure+in+plant+cells+by+using+indentation+with+an+atomic+force+microscope.">Quantifying hydrostatic pressure in plant cells by using indentation with an atomic force microscope.</a> Biophysical Journal. 108 (10), 2448-2456 (2015).</li><li>Radotic, K., 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=Atomic+force+microscopy+stiffness+tomography+on+living+Arabidopsis+thaliana+cells+reveals+the+mechanical+properties+of+surface+and+deep+cell-wall+layers+during+growth.">Atomic force microscopy stiffness tomography on living Arabidopsis thaliana cells reveals the mechanical properties of surface and deep cell-wall layers during growth.</a> Biophysical Journal. 103 (3), 386-394 (2012).</li><li>Yakubov, G. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+nano-scale+mechanical+heterogeneity+of+primary+plant+cell+walls.">Mapping nano-scale mechanical heterogeneity of primary plant cell walls.</a> Journal of Experimental Botany. 67 (9), 2799-2816 (2016).</li><li>Zdunek, A., Kurenda, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+the+elastic+properties+of+tomato+fruit+cells+with+an+atomic+force+microscope.">Determination of the elastic properties of tomato fruit cells with an atomic force microscope.</a> Sensors. 13 (9), 12175-12191 (2013).</li><li>Evered, C., Majevadia, B., Thompson, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+wall+water+content+has+a+direct+effect+on+extensibility+in+growing+hypocotyls+of+sunflower+(Helianthus+annuus+L).">Cell wall water content has a direct effect on extensibility in growing hypocotyls of sunflower (Helianthus annuus L).</a> Journal of Experimental Botany. 58 (12), 3361-3371 (2007).</li><li>Torode, T. 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=Branched+pectic+galactan+in+phloem-sieve-element+cell+walls:+implications+for+cell+mechanics.">Branched pectic galactan in phloem-sieve-element cell walls: implications for cell mechanics.</a> Plant Physiology. 176 (2), 1547-1558 (2018).</li><li>Garcia, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanomechanical+mapping+of+soft+materials+with+the+atomic+force+microscope:+methods,+theory+and+applications.">Nanomechanical mapping of soft materials with the atomic force microscope: methods, theory and applications.</a> Chemical Society Reviews. 49 (16), 5850-5884 (2020).</li><li>Kozlova, L., Petrova, A., Ananchenko, B., Gorshkova, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+primary+cell+wall+nanomechanical+properties+in+internal+cells+of+non-fixed+maize+roots.">Assessment of primary cell wall nanomechanical properties in internal cells of non-fixed maize roots.</a> Plants-Basel. 8 (6), 172 (2019).</li><li>Bovio, S., Long, Y. C., Moneger, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+atomic+force+microscopy+to+measure+mechanical+properties+and+turgor+pressure+of+plant+cells+and+plant+tissues.">Use of atomic force microscopy to measure mechanical properties and turgor pressure of plant cells and plant tissues.</a> Journal of Visualized Experiments. (149), e59674 (2019).</li><li>Krieg, 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=Atomic+force+microscopy-based+mechanobiology.">Atomic force microscopy-based mechanobiology.</a> Nature Reviews Physics. 1 (1), 41-57 (2019).</li><li>Braunsmann, C., Schaffer, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Note:+Artificial+neural+networks+for+the+automated+analysis+of+force+map+data+in+atomic+force+microscopy.">Note: Artificial neural networks for the automated analysis of force map data in atomic force microscopy.</a> Review of Scientific Instruments. 85 (5), 056104 (2014).</li></ol>

Birincil hücre duvarlarının mekanik özellikleri, bitki hücresi büyümesinin yönünü ve hızını ve dolayısıyla bitkinin gelecekteki boyutunu ve şeklini belirler. Burada sunulan AFM tabanlı yöntem, bitki hücre duvarlarının özelliklerini incelemek için kullanılan mevcut teknikleri tamamlamaktadır. Bitkinin iç dokularına ait olan hücre duvarlarının elastikiyetinin araştırılmasını sağlar. Sunulan yöntem kullanılarak, büyüyen mısır kökünün farklı dokularındaki hücre duvarlarının m...

Bitki hücre duvarının mekanik özellikleri, hücrenin şeklini ve büyüme yeteneğini belirler. Örneğin, polen tüpünün büyüyen ucu, aynı tüpün büyümeyen kısımlarından daha yumuşaktır1. Arabidopsis meristemindeki primordia oluşumundan önce, gelecekteki primordium 2,3 bölgesinde hücre duvarı sertliğinde lokal bir azalma vardır. Arabidopsis hipokotilinin ana büyüme eksenine paralel olan ve daha hızlı büyüyen hücre duvarları, bu eksene dik olanlardan daha yumuşaktır ve 4,5 daha yavaş büyür. Mısır kökünde, hücrelerin bölünmeden uzamaya geçişine, kökün tüm dokularında elastik modülde bir azalma eşlik etti. Modül, uzama zonunda düşük kaldı ve geç uzama bölgesi6'da arttı.
Çeşitli yöntemlerin mevcudiyetine rağmen, hücre duvarı biyolojisi üzerine yıllık olarak elde edilen büyük biyokimyasal ve genetik bilgi dizileri, hücre duvarlarının mekanik özellikleri ile nadiren karşılaştırılmaktadır. Örneğin, hücre duvarı ile ilgili genlerdeki mutantlar genellikle büyüme ve gelişmeyi değiştirmiştir 4,7,8, ancak nadiren biyomekanik olarak tanımlanmaktadır. Bunun nedenlerinden biri, hücresel ve hücre altı seviyelerde ölçüm yapmanın zorluğudur. Atomik kuvvet mikroskobu (AFM) şu anda bu tür analizler için birincil yaklaşımdır9.
Son yıllarda, bitki hücre duvarı biyomekaniği üzerine AFM tabanlı çok sayıda çalışma yapılmıştır. Arabidopsis 2,3,4,5,10,11 ve soğan 12'nin dış dokularının ve 13,14,15 kültürlü hücrelerin hücre duvarlarının mekanik özellikleri araştırılmıştır. Bununla birlikte, bir bitkinin yüzeysel hücreleri, mekanik özellikleri iç dokularınkinden farklı olan hücre duvarlarına sahip olabilir6. Ek olarak, bitki hücreleri turgor tarafından basınçlandırılır ve bu da onları daha sert hale getirir. Turgor basıncının etkisinden kurtulmak için araştırmacılar 2,3,4,5,10,11 plazmozlama solüsyonlarını kullanmak veya elde edilen değerleri turgor ve hücre duvarı katkılarına ayrıştırmak zorundadır 12. İlk yaklaşım numune dehidrasyonuna yol açar ve hücre duvarının kalınlığını ve özelliklerini değiştirir16, ikinci yaklaşım ise ek ölçümler ve karmaşık matematik gerektirir ve yalnızca nispeten basit şekil12'deki hücreler için geçerlidir. İç dokuların hücre duvarı özellikleri, kriyoseksiyon17 veya reçine8 ile emprenye edilmiş bitki materyali bölümleri üzerinde değerlendirilebilir. Bununla birlikte, her iki yöntem de kaçınılmaz olarak özelliklerde değişikliklere yol açan dehidrasyon ve / veya numunelerin emprenye edilmesini içerir. İzole edilmiş veya kültürlenmiş hücrelerin özelliklerinin, tüm bitkinin fizyolojisi ile ilişkilendirilmesi zordur. Bitki hücrelerinin hem ekimi hem de izolasyonu, hücre duvarlarının mekanik özelliklerini etkileyebilir.
Burada sunulan yöntem yukarıda belirtilen yaklaşımları tamamlamaktadır. Bunu kullanarak, herhangi bir dokunun birincil hücre duvarları ve bitki gelişiminin herhangi bir aşamasında incelenebilir. Kesitleme ve AFM gözlemleri, numune dehidrasyonunu önleyen sıvı içinde gerçekleştirildi. Turgor problemi, hücreler kesildikçe çözüldü. Protokol, mısır ve çavdar kökleri ile çalışmayı tanımlar, ancak vibratom kesiti için uygunsa başka herhangi bir örnek incelenebilir.
Burada anlatılan AFM çalışmaları kuvvet-hacim tekniği kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Farklı enstrümanlar bu yöntem için farklı isimler kullanır. Ancak temel ilke aynıdır; Numunenin kuvvet-hacim haritası, konsol sapmasını kaydederken, analiz edilen her noktada belirli bir yükleme kuvveti elde etmek için konsol (veya numunenin) sinüzoidal veya üçgen hareketi ile elde edilir18. Sonuç, yüzeyin topografik görüntüsünü ve kuvvet-mesafe eğrileri dizisini birleştirir. Her eğri, belirli bir noktadaki deformasyonu, sertliği, Young modülünü, yapışmayı ve enerji dağılımını hesaplamak için kullanılır. Benzer veriler, temas modu19'da tarandıktan sonra noktadan noktaya kuvvet-spektroskopi ile elde edilebilir, ancak daha fazla zaman alıcıdır.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Agarose, low melting point</td>
			<td>Helicon</td>
			<td>B-5000-0.1</td>
			<td>for sample fixation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Brush</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>for section moving</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cantilevers</td>
			<td>NanoTools, Germany</td>
			<td>NT_B150_v0020-5</td>
			<td>Model: Biosphere B150-FM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cantilevers</td>
			<td>NT-MDT, Russia</td>
			<td>FMG01/50</td>
			<td>Model: FMG01</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cyanoacrylate adhesive</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>for vibratomy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass slides</td>
			<td>Heinz Herenz</td>
			<td>1042000</td>
			<td>for vibratomy and AFM calibration</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImageAnalysis P9 Software</td>
			<td>NT-MDT, Russia</td>
			<td>-</td>
			<td>for data analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Leica DM1000 epifluorescence microscope</td>
			<td>Leica Biosystems, Germany</td>
			<td>11591301</td>
			<td>for section check</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaOCl</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>for seed sterilization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nova PX 3.4.1 Software</td>
			<td>NT-MDT, Russia</td>
			<td>-</td>
			<td>for experiments conducting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NTEGRA Prima microscope with HD controller</td>
			<td>NT-MDT, Russia</td>
			<td>-</td>
			<td>for AFM and data acquisition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri dish 35 mm</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>153066</td>
			<td>for sample fixation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tip pipette 1000 &#181;L</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>4642092</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tip pipette 2-20 &#181;L</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>4642062</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrapure water</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vibratome Leica VT 1000S</td>
			<td>Leica Biosystems, Germany</td>
			<td>1404723512</td>
			<td>for sample sectioning</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

characterizing mechanical properties of primary cell wall in living plant organs using atomic force microscopy

Birincil hücre duvarlarının mekanik özellikleri, bitki hücresi büyümesinin yönünü ve hızını ve dolayısıyla bitkinin gelecekteki boyutunu ve şeklini belirler. Bu özellikleri ölçmek için birçok sofistike teknik geliştirilmiştir; Bununla birlikte, atomik kuvvet mikroskobu (AFM), hücresel düzeyde hücre duvarı elastikiyetini incelemek için en uygun olanı olmaya devam etmektedir. Bu tekniğin en önemli sınırlamalarından biri, sadece yüzeysel veya izole canlı hücrelerin incelenebilmesidir. Burada, bir bitki gövdesinin iç dokularına ait birincil hücre duvarlarının mekanik özelliklerini araştırmak için atomik kuvvet mikroskobunun kullanımı sunulmaktadır. Bu protokol, köklerdeki görünür Young'ın hücre duvarları modülünün ölçümlerini açıklar, ancak yöntem diğer bitki organlarına da uygulanabilir. Ölçümler, (i) plazmolize edici çözeltilerin veya balmumu veya reçine ile numune emprenye edilmesinin önlenmesine, (ii) deneylerin hızlı hale getirilmesine ve (iii) numunenin dehidrasyonunun önlenmesine izin veren sıvı bir hücredeki bitki materyalinin vibratom türevi bölümleri üzerinde gerçekleştirilir. Hem antiklinal hem de periklinal hücre duvarları, numunenin nasıl kesitlendiğine bağlı olarak incelenebilir. Farklı dokuların mekanik özelliklerindeki farklılıklar tek bir bölümde incelenebilir. Protokol, çalışma planlamasının ilkelerini, numune hazırlama ve ölçümlerle ilgili konuları ve ayrıca topografyanın elastik modülün elde edilen değerleri üzerindeki etkisini önlemek için kuvvet-deformasyon eğrilerini seçme yöntemini açıklar. Yöntem, örneklem büyüklüğü ile sınırlı değildir, ancak hücre boyutuna duyarlıdır (yani, büyük lümenli hücrelerin incelenmesi zordur).

Tipik elastik modül ve DFL haritalarının yanı sıra çavdar ve mısır köklerinde açıklanan yöntemle elde edilen kuvvet eğrileri Şekil 2'de sunulmuştur. Şekil 2A, çavdar birincil kökünün enine kesitinde elde edilen elastik modül ve DFL haritalarını göstermektedir. Modül haritasındaki beyaz alanlar (Şekil 2A, sol), tarayıcının z yönünde sınırına ulaşması nedeniyle Young modülünün hatalı bir şekil...

Watch this Scientific Journal Video about Characterizing Mechanical Properties of Primary Cell Wall in Living Plant Organs Using Atomic Force Microscopy at JoVE.com

Characterizing Mechanical Properties of Primary Cell Wall in Living Plant Organs Using Atomic Force Microscopy

Hücre duvarı biyomekaniği çalışmaları, bitki büyümesini ve morfogenezini anlamak için gereklidir. Aşağıdaki protokol, atomik kuvvet mikroskobu kullanılarak genç bitki organlarının iç dokularındaki ince primer hücre duvarlarının araştırılması için önerilmiştir.

Canlı Bitki Organlarında Primer Hücre Duvarının Mekanik Özelliklerinin Atomik Kuvvet Mikroskobu Kullanılarak Karakterize Edilmesi

The mechanical properties of the primary cell walls determine the direction and rate of plant cell growth and, therefore, the future size and shape of the ...

Bitki hücresi büyümesi, hücre duvarlarının mekanik özellikleri tarafından kontrol edilir. Bu nedenle, bu özellikleri bitkilerin farklı organ ve dokularında bilmek önemlidir. Burada sunulan yöntem, genç bitkilerin iç dokularında sabit olmayan ve dehidrate olmayan hücre duvarlarının biyomekanik karakterizasyonuna izin verir.Vibratom kesiti için çözeltileri ve numuneyi hazırlayarak başlayın. Petri kabının dibine dört milimetrelik bir erimiş% 3 agaroz tabakası dökün ve numuneye termal zarar gelmesini önlemek için hafifçe soğumaya bırakın. Bitki organının yaklaşık beş milimetre uzunluğunda üç veya dört parçasını agarozun üzerine yatay olarak yerleştirin.Yaklaşık 30 ila 60 saniye sonra, ilk agaroz tabakasının üstünde ince bir yarı katı film görünecektir. Ardından, üstüne dikkatlice ikinci bir katman dökün. Agaroz tamamen katılaştıktan sonra, örneği içeren bloğu kesin.Daha sonraki kesitleme sırasında stabilitesini sağlamak için bloğu altıgen kesilmiş bir piramit halinde şekillendirin. Numune kesitine vibratom ile başlamadan önce, bloğu siyanoakrilat yapıştırıcı ile vibratom aşamasına yapıştırın. Sahneyi vibratoma yerleştirin, böylece piramit köşelerinden biri vibratomun bıçağına bakar ve vibratom banyosuna su dökün.Kesit kalınlığı, bıçak hızı ve titreşim frekansı gibi kesit parametrelerini ayarlayın ve numuneyi kesin. İnce bir fırça kullanarak, bölümü su banyosundan bir cam kaydırağa taşıyın ve kurumasını önlemek için bölüme bir damla su yerleştirin. Bölümün kalitesini bir ışık mikroskobu altında kontrol ettikten sonra, bölüm düzlemine dik hücre duvarına sahip uygun bölümü seçin.Daha sonra, bir pipet kullanarak Petri kabı kapağının dibine bir mililitrelik %1 erimiş agaroz tabakası dökerek atomik kuvvet mikroskobu ölçümleri için bölümü hareketsiz hale getirin. Agaroz katılaştıktan sonra, filtre kağıdını kenarına getirerek fazla suyu bölümden çıkarın. Bölümü slayttan Petri kabı kapağının ortasına bir fırça kullanarak dikkatlice aktarın.Daha sonra, 20 mikrolitrelik bir pipet kullanarak bölümün etrafına% 1 agaroz dikkatlice ekleyin ve atomik kuvvet mikroskobu için suyu veya başka bir çözeltiyi, hareketsiz bölümle Petri kabı kapağına dökün. Optik mikroskopu kullanarak atomik kuvvet mikroskobu konsolunun altındaki numuneyi yönlendirin. Numuneye temas modunda bir nanoamper ayar noktasıyla yaklaşmak için Yaklaşım düğmesine ve ardından İniş düğmesine tıklayın.Tarama düğmesine ve ardından Alan düğmesine tıklayın. Taranacak alan boyutunu 50 mikrometreye 50 mikrometre olarak seçin. Probu Taşı düğmesine tıklayın ve tarayıcıyı üzerinde hareket ettirerek ve tarayıcı çıkıntısının derecesine göre en yüksek noktayı bularak tüm tarama alanını kontrol edin.Yaklaşım sekmesini açın. Ardından, örnekten geri çekmek için Kaldır düğmesine tıklayın. Hedef olarak en yüksek noktayı kullanarak, örneğe tekrar yaklaşmak için Açılış düğmesini tıklayın.Ardından, Probu Taşı düğmesine tıklayarak ve tarayıcıyı üzerinde hareket ettirerek yüzeyi tekrar kontrol edin. Tarama hızını 0,5 hertz olarak ayarlayın ve tarama boyutunu 50 mikrometreye 50 mikrometreye ve tarama noktasını 64 x 64 olarak ayarlayın. Çalıştır düğmesine tıklayın ve numunenin yüzeyini ve agaroz ile kontaminasyonun mümkün olup olmadığını kontrol etmek için tarayın.Açık düğmesine tıkladıktan sonra, programın ana penceresindeki açılır menüden HDPlus modunu seçin ve ana program penceresinde ayar noktasını 0,1 nanoamper olarak ayarlayın. HD penceresinin ana sekmesinde, incelenen örneğe uygun tarama parametrelerini ayarlayın. Ardından HD penceresinde Sesler sekmesini açın ve konsol rezonans frekansını girin.HD penceresinin Miktar sekmesini açın ve IOS, konsol sertliği, uç yarıçapı ve açısını girin. Uç geometrisine bağlı olarak hesaplamalar için kullanılacak temas modelini seçin. Bundan sonra, HD penceresinin Tara sekmesini açın ve sinyalleri ve sinyalin kaydedildiği yönü seçin.Tüm kuvvet eğrilerinin kaydını almak için Sesi Zorla kutusunu işaretleyin ve geri bildirim döngüsünü açmak için ana program penceresinin üstündeki Kapalı düğmesine tıklayın Optik sistemin hassasiyetini düzeltmek için ana HD penceresindeki Faz Çekirdeği düğmesine tıklayın. Ana HD penceresinin Zamana Karşı sekmesi, DFL sinyalinin zamana karşı işlevini gerçek zamanlı olarak sunar. Bu işlevin temel düzey belirleme için kullanılacak ve daha sonraki hesaplamalar için temas modeline uyacak parçalarını seçin.Şimdi, programın ana penceresinde tarama noktası değerini 256 x 256 olarak ayarlayın. Ardından, tarama hızını 0,2 hertz olarak ayarlayın ve örneği taramak için Çalıştır düğmesine tıklayın. Tarama durduktan sonra, geri bildirim döngüsünü kapatmak için ana pencerenin üstündeki Açık düğmesine tıklayın.Açılır menüden Kişi Modu'nu seçin, Yaklaşım sekmesini açın ve örnekten geri çekmek için Kaldır düğmesine tıklayın. Analiz yazılımını açmak ve çıktıyı kaydetmek için Veri düğmesine tıklayın. Kaydedilen dosyayı analiz yazılımında açın.HD kuvvet ses çerçevesini seçin. Kontrol tuşunu basılı tutun ve aynı tarama yönünde elde edilen bir görsel kare seçin. Hücre duvarlarının nerede olduğunu görmek için Dış Haritayı Yükle düğmesine tıklayın.Ana sekmedeki InvOptSens ve konsol sertliği değerlerini kontrol edin. Ek sekmesini açın ve uç parametrelerini ve temas modelini kontrol edin. Görsel çerçevedeki hücre duvarlarındaki çeşitli noktalara tıklayın ve yalnızca model tarafından iyi tanımlanmış eğrileri seçin.Modül haritasındaki beyaz alanlar, tarayıcının Z yönünde sınırına ulaşması nedeniyle Young modülünün hatalı bir şekilde abartılmasına karşılık gelir. Bu görüntü, tatmin edici kuvvet eğrilerinin daha fazla seçimi için harici bir harita olarak kullanılmak üzere uygun değildir. Bununla birlikte, sağda sunulan DFL sinyal haritası burada daha uygundur.Farklı cihazlar DFL sinyallerini sapma veya hata sinyalleri olarak adlandırabilir. Numunenin dibine ulaşmaya çalışırken tamamen genişletilmiş olan tarayıcı, hatalı ölçümlere ve hatta taramaların kesintiye uğramasına neden olabilir. Agaroz varlığı, temas modunda ilk tarama elde edilirken kontrol edilebilir, çünkü hücre duvarları ve bazı hücre dipleri bu tür taramalarda görülebilir.Bununla birlikte, yanlış hareketsizlik durumunda, yüzey, örnek topografyasını maskeleyen agaroz ile kaplanabilir. Aynı hücre duvarının farklı noktalarında kaydedilen dört farklı kuvvet eğrisinden, 0.1'de kaydedilen eğri taban çizgisi göstermez, yani konsol ucunun hücre duvarından ayrılması anlamına gelmez. 0.3'te kaydedilen eğri, yaklaşan kısımda hücre duvarının büküldüğünü gösteren bir omuz gösterir.İkinci ve dördüncü noktalar, benzer modül değerlerine sahip tatmin edici kuvvet eğrileri gösterir. Numune hazırlama ve inceleme pratik gerektirir, ancak ustalaşılabilir. Bu protokolün önemli bir parçası, ortaya çıkan eğrileri filtrelemektir.Otomatik olarak hesaplanan modüllere güvenmeyin. Aynı teknik, yapışma kuvvetlerini veya enerji dağılımını ölçmek için de kullanılabilir. Bazı malzemelerin viskon veya viskoelastik davranışının tanımlanması için de önemli olabilir.

Research

JoVE Journal

Biology

Measuring Plant Cell Wall Extension (Creep) Induced by Acidic pH and by Alpha-Expansin

Measuring Plant Cell Wall Extension Creep Induced by Acidic pH and by Alpha-Expansin

Asidik pH ve Alpha-Expansin İndüklenmiş Ölçüm Bitki Hücre Duvarı Uzantısı (Creep)

Growing plant cell walls characteristically exhibit a property known as 'acid growth', by which we mean they are more extensible at low pH (&lt; 5) 1. The ...

Live Cell Response to Mechanical Stimulation Studied by Integrated Optical and Atomic Force Microscopy

Tümleşik Optik ve Atomik Kuvvet Mikroskobu eğitimi Mekanik Uyarım Canlı Hücre Tepki

To understand the mechanism by which living cells sense mechanical forces, and how they respond and adapt to their environment, a new technology able to ...

Imaging Cell Shape Change in Living Drosophila Embryos

Imaging Cell Shape Change in Living Drosophila Embryos

Living Görüntüleme Hücre Şekli Değiştir Drosophila Embriyolar

The developing Drosophila melanogaster embryo undergoes a number of cell shape changes that are highly amenable to live confocal imaging.  Cell shape ...

Micro-Mechanical Characterization of Lung Tissue Using Atomic Force Microscopy

Atomik Kuvvet Mikroskobu kullanarak Akciğer Doku Mikro-Mekanik Karakterizasyonu

Matrix stiffness strongly influences growth, differentiation and function of adherent cells1-3.  On the macro scale the stiffness of tissues and organs ...

Biophysical Assays to Probe the Mechanical Properties of the Interphase Cell Nucleus: Substrate Strain Application and Microneedle Manipulation

Fazlararası Hücre Çekirdek Mekanik Özellikleri Probe Biyofiziksel Tahliller: Yüzey Gerilme Uygulama ve Microneedle Manipülasyon

In most eukaryotic cells, the nucleus is the largest organelle and is typically 2 to 10 times stiffer than the surrounding cytoskeleton; consequently, the ...

Identifying Targets of Human microRNAs with the LightSwitch Luciferase Assay System using 3'UTR-reporter Constructs and a microRNA Mimic in Adherent Cells

3&#39;UTR muhabiri oluşturur ve bir microRNA kullanarak LightSwitch Lusiferaz Test Sistemi ile İnsan microRNA belirlenmesi Hedefler yapışık hücrelere Mimik

MicroRNAs (miRNAs) are important regulators of gene expression and play a role in many biological processes.  More than 700 human miRNAs have been ...

Glycan Profiling of Plant Cell Wall Polymers using Microarrays

Mikroarray&#39;ler kullanarak Bitki Hücre Duvarı Polimerlerin glukanıdır Profilleme

Plant cell walls are complex matrixes of heterogeneous glycans which play an important role in the physiology and development of plants and provide the ...

Sample Preparation for Single Virion Atomic Force Microscopy and Super-resolution Fluorescence Imaging

Tek Virion Atomik Kuvvet Mikroskopisi ve Süper Çözünürlüklü Floresan Görüntüleme için Numune Hazırlama

Immobilization of virions to glass surfaces is a critical step in single virion imaging. Here we present a technique&#160;adopted from single molecule ...

Simultaneous pH Measurement in Endocytic and Cytosolic Compartments in Living Cells using Confocal Microscopy

Konfokal mikroskopi kullanılarak Yaşayan hücreler içinde endositik ve Sitosolik Bölümleri eşzamanlı pH Ölçümü

Intracellular pH is tightly regulated and differences in pH between the cytoplasm and organelles have been reported1. Regulation of cellular pH is crucial ...

High Resolution Quantification of Crystalline Cellulose Accumulation in Arabidopsis Roots to Monitor Tissue-specific Cell Wall Modifications

High Resolution Quantification of Crystalline Cellulose Accumulation in Arabidopsis Roots to Monitor Tissue-specific Cell Wall Modifications

Kristalin Selüloz Birikimin Yüksek Çözünürlüklü Niceleme<em&gt; Arabidopsis</em&gt; Kökler Doku spesifik Hücre Duvarı Değişiklikler Monitör

Plant cells are surrounded by a cell wall, the composition of which determines their final size and shape. The cell wall is composed of a complex matrix ...