Name: a simple protocol for mapping the plant root system architecture traits
Uploaded: 2023-02-10T13:10:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Simple Protocol for Mapping the Plant Root System Architecture Traits at JoVE.com

نحن نقدر وزارة الزراعة الأمريكية (المنحة 58-6406-1-017) لدعم هذا البحث. كما نعرب عن تقديرنا لمركز التكنولوجيا الحيوية WKU ، جامعة ويسترن كنتاكي ، بولينغ غرين ، كنتاكي ، الولايات المتحدة الأمريكية ، ومدير المعهد المركزي للنباتات الطبية والعطرية CSIR ، لكناو ، الهند ، لتوفير مرافق الأدوات والدعم (اتصال مخطوطة CSIR CIMAP رقم CIMAP / PUB / 2022/103). تقر SS بالدعم المالي من جامعة سانت جوزيف ، فيلادلفيا ، الولايات المتحدة الأمريكية.

تم تلخيص البروتوكول بأكمله بشكل تخطيطي في الشكل 1 ، والذي يوضح جميع الخطوات الأساسية التي ينطوي عليها الكشف عن بنية نظام الجذر (RSA) للنباتات. فيما يلي خطوات البروتوكول بالتفصيل:
1. تعقيم سطح بذور أرابيدوبسيس
<ol><li>انقل مغرفة صغيرة (حوالي 100 بذرة = حوالي...

<ol>
	<li>Shukla, D., Rinehart, C. A., Sahi, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comprehensive+study+of+excess+phosphate+response+reveals+ethylene+mediated+signaling+that+negatively+regulates+plant+growth+and+development.">Comprehensive study of excess phosphate response reveals ethylene mediated signaling that negatively regulates plant growth and development.</a> Scientific Reports. 7 (1), 3074 (2017).</li><li>Rell&#225;n-&#193;lvarez, R., Lobet, G., Dinneny, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Environmental+control+of+root+system+biology.">Environmental control of root system biology.</a> Annual Review of Plant Biology. 67, 619-642 (2016).</li><li>Gruber, B. D., Giehl, R. F. H., Friedel, S., von Wir&#233;n, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasticity+of+the+Arabidopsis+root+system+under+nutrient+deficiencies.">Plasticity of the Arabidopsis root system under nutrient deficiencies.</a> Plant Physiology. 163 (1), 161-179 (2013).</li><li>Shukla, 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=Genome-wide+expression+analysis+reveals+contrasting+regulation+of+phosphate+starvation+response+(PSR)+in+root+and+shoot+of+Arabidopsis+and+its+association+with+biotic+stress.">Genome-wide expression analysis reveals contrasting regulation of phosphate starvation response (PSR) in root and shoot of Arabidopsis and its association with biotic stress.</a> Environmental and Experimental Botany. , 188 (2021).</li><li>Robbins 2nd, ., E, N., Dinneny, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+is+required+for+perception+of+water+availability+to+pattern+root+branches+in+plants.">Growth is required for perception of water availability to pattern root branches in plants.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 115 (4), E822-E831 (2018).</li><li>Linkohr, B. I., Williamson, L. C., Fitter, A. H., Leyser, H. M. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nitrate+and+phosphate+availability+and+distribution+have+different+effects+on+root+system+architecture+of+Arabidopsis.">Nitrate and phosphate availability and distribution have different effects on root system architecture of Arabidopsis.</a> The Plant Journal. 29 (6), 751-760 (2002).</li><li>Lynch, J. P., Brown, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Topsoil+foraging:+an+architectural+adaptation+of+plants+to+low+phosphorus+availability.">Topsoil foraging: an architectural adaptation of plants to low phosphorus availability.</a> Plant and Soil. 237 (2), 225-237 (2001).</li><li>L&#243;pez-Bucio, 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=Phosphate+availability+alters+architecture+and+causes+changes+in+hormone+sensitivity+in+the+Arabidopsis+root+system.">Phosphate availability alters architecture and causes changes in hormone sensitivity in the Arabidopsis root system.</a> Plant Physiology. 129 (1), 244-256 (2002).</li><li>Jain, 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=Differential+effects+of+sucrose+and+auxin+on+localized+phosphate+deficiency-induced+modulation+of+different+traits+of+root+system+architecture+in+Arabidopsis.">Differential effects of sucrose and auxin on localized phosphate deficiency-induced modulation of different traits of root system architecture in Arabidopsis.</a> Plant Physiology. 144 (1), 232-247 (2007).</li><li>Jain, 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=Variations+in+the+composition+of+gelling+agents+affect+morphophysiological+and+molecular+responses+to+deficiencies+of+phosphate+and+other+nutrients.">Variations in the composition of gelling agents affect morphophysiological and molecular responses to deficiencies of phosphate and other nutrients.</a> Plant Physiology. 150 (2), 1033-1049 (2009).</li><li>Jain, A., Sinilal, B., Dhandapani, G., Meagher, R. B., Sahi, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+deficiency+and+excess+of+zinc+on+morphophysiological+traits+and+spatiotemporal+regulation+of+zinc-responsive+genes+reveal+incidence+of+cross+talk+between+micro-+and+macronutrients.">Effects of deficiency and excess of zinc on morphophysiological traits and spatiotemporal regulation of zinc-responsive genes reveal incidence of cross talk between micro- and macronutrients.</a> Environmental Science and Technology. 47 (10), 5327-5335 (2013).</li><li>Jain, 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=Role+of+Fe-responsive+genes+in+bioreduction+and+transport+of+ionic+gold+to+roots+of+Arabidopsis+thaliana+during+synthesis+of+gold+nanoparticles.">Role of Fe-responsive genes in bioreduction and transport of ionic gold to roots of Arabidopsis thaliana during synthesis of gold nanoparticles.</a> Plant Physiology and Biochemistry. 84, 189-196 (2014).</li><li>Williamson, L. C., Ribrioux, S. P., Fitter, A. H., Leyser, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phosphate+availability+regulates+root+system+architecture+in+Arabidopsis.">Phosphate availability regulates root system architecture in Arabidopsis.</a> Plant Physiology. 126 (2), 875-882 (2001).</li><li>Yang, T. J. W., Lin, W. D., Schmidt, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcriptional+profiling+of+the+Arabidopsis+iron+deficiency+response+reveals+conserved+transition+metal+homeostasis+networks.">Transcriptional profiling of the Arabidopsis iron deficiency response reveals conserved transition metal homeostasis networks.</a> Plant Physiology. 152 (4), 2130 (2010).</li><li>Kobae, 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=Zinc+transporter+of+Arabidopsis+thaliana+AtMTP1+is+localized+to+vacuolar+membranes+and+implicated+in+zinc+homeostasis.">Zinc transporter of Arabidopsis thaliana AtMTP1 is localized to vacuolar membranes and implicated in zinc homeostasis.</a> Plant Cell and Physiology. 45 (12), (2004).</li><li>Al-Ghazi, 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=Temporal+responses+of+Arabidopsis+root+architecture+to+phosphate+starvation:+evidence+for+the+involvement+of+auxin+signalling.">Temporal responses of Arabidopsis root architecture to phosphate starvation: evidence for the involvement of auxin signalling.</a> Plant, Cell and Environment. 26 (7), 1053-1066 (2003).</li><li>S, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> National Institutes of Health. , 1997-2007 (1997).</li><li>Dubrovsky, J. G., Forde, 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=Quantitative+analysis+of+lateral+root+development:+pitfalls+and+how+to+avoid+them.">Quantitative analysis of lateral root development: pitfalls and how to avoid them.</a> The Plant Cell. 24 (1), 4-14 (2012).</li><li>Weeks, J. T., Ye, J., Rommens, 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=Development+of+an+in+planta+method+for+transformation+of+Alfalfa+(Medicago+sativa).">Development of an in planta method for transformation of Alfalfa (Medicago sativa).</a> Transgenic Research. 17 (4), 587-597 (2008).</li><li>Shukla, D., Krishnamurthy, S., Sahi, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microarray+analysis+of+Arabidopsis+under+gold+exposure+to+identify+putative+genes+involved+in+the+synthesis+of+gold+nanoparticles+(AuNPs).Genomics+Data.">Microarray analysis of Arabidopsis under gold exposure to identify putative genes involved in the synthesis of gold nanoparticles (AuNPs).Genomics Data.</a> 3, 100-102 (2015).</li></ol>

أظهر هذا العمل رسم خرائط RSA باستخدام معدات معملية بسيطة. باستخدام هذه الطريقة ، يتم تسجيل التغيرات المظهرية على المستوى المكرر. تتمثل فائدة هذه الإستراتيجية في أن جزء الساق لا يتلامس أبدا مع الوسائط ، لذا فإن النمط الظاهري للنباتات أصلي. تتضمن هذه الطريقة إنشاء نظام مائي لزراعة النباتات ك?...

تعد بنية نظام الجذر (RSA) ، الموجودة تحت الأرض ، عضوا حيويا لنمو النبات وإنتاجيته1،2،3. بعد المرحلة الجنينية ، تخضع النباتات لأهم التغييرات المورفولوجية. تؤثر الطريقة التي تنمو بها الجذور في التربة بشكل كبير على نمو أجزاء النبات فوق سطح الأرض. نمو الجذر هو الخطوة الأولى في الإنبات. إنها سمة إعلامية لأنها تستجيب بشكل فريد للعناصر الغذائية المختلفة المتاحة1،2،3،4. يظهر RSA درجة عالية من اللدونة التنموية ، مما يعني أن البيئة تستخدم دائما لاتخاذ قرارات بشأن التطوير 2,5. وقد جعلت التغيرات في البيئة إنتاج المحاصيل أكثر صعوبة في السيناريو الحالي. على أساس مستمر ، يدمج RSA الإشارات البيئية في الخيارات التنموية5. نتيجة لذلك ، يعد الفهم الشامل للمبادئ الكامنة وراء تطور الجذور أمرا ضروريا لتعلم كيفية استجابة النباتات للبيئات المتغيرة 2,5.
يستشعر RSA تركيزات المغذيات المختلفة ويجعل التغيرات الظاهرية4،6،7،8،9،10،11،12. تشير الدراسات إلى أن مورفولوجيا الجذر / RSA شديدة اللدائن مقارنة بمورفولوجيا البراعم 1,3. يعد رسم خرائط سمات RSA فعالا للغاية في تسجيل تأثير تغيير بيئة التربة المحيطة1،11،12.
بشكل عام ، تم الإبلاغ عن تناقضات في تأثير نقص المغذيات المختلفة على النمط الظاهري للجذر في العديد من الدراسات السابقة3،11،13،14،15. على سبيل المثال ، هناك العديد من التقارير المتناقضة حول التغيرات الناجمة عن تجويع الفوسفات (Pi) في عدد وطول وكثافة الجذور الجانبية (LRs). تم الإبلاغ عن زيادة في كثافة LR في ظل حالة نقص Pi 6,8. في المقابل ، تم الإبلاغ أيضا عن انخفاض في كثافة LR في ظل ظروف نقص Pi من قبل مؤلفين آخرين3،13،16. أحد الأسباب البارزة لهذه التناقضات هو استخدام وسط التبلور المعرض للتلوث الأولي ، والذي يحتوي الآجار غالبا على10. عادة ما يزرع الباحثون نباتاتهم التجريبية على نظام صفيحة قائم على أجار ويسجلون سمات الجذر. غالبا ما يتم إخفاء العديد من سمات RSA أو ترسيخها داخل مادة الآجار ولا يمكن توثيقها. لا يمكن إجراء التجارب المرتبطة بإحداث نقص المغذيات ، والتي غالبا ما يستبعد فيها المستخدمون مكونا واحدا تماما من الوسط ، في وسط التبلور المعرض للتلوث الأولي11،14،15. توجد العديد من العناصر الغذائية بشكل متكرر بكميات كبيرة في وسائط الآجار ، بما في ذلك P و Zn و Fe وغيرها الكثير11،14،15. علاوة على ذلك ، يكون نمو RSA أبطأ في الوسائط القائمة على الأجار منه في الوسط السائل غير القائم على أجار. ونتيجة لذلك، هناك حاجة إلى وضع نهج بديل غير قائم على الآجار لتحديد النمط الظاهري ل RSA وتسجيله نوعيا. وبالتالي ، تم تطوير الطريقة الحالية ، حيث يتم تربية النباتات في نظام مائي قائم على صندوق أرجواني فوق شبكة من مادة البولي بروبيلين مدعومة بأسافين من البولي كربونات1،10،11.
تقدم هذه الدراسة نسخة مرتجلة مفصلة من الطريقة السابقة التي وصفها Jain et al.10. تم ضبط هذه الاستراتيجية للمتطلبات الحالية في بيولوجيا جذور النبات ويمكن استخدامها أيضا لنباتات مثل البرسيم ، بخلاف النباتات النموذجية. البروتوكول هو الطريقة الأساسية لقياس التغييرات في RSA ، ولا يتطلب سوى معدات بسيطة. يوضح هذا البروتوكول كيفية التنميط الظاهري للعديد من السمات الجذرية ، مثل الجذور الأولية والجانبية في الوسط العادي والمعدل (Pi ناقص). يتم توفير توجيهات خطوة بخطوة وتلميحات مفيدة أخرى مستقاة من تجارب المؤلف لمساعدة الباحثين على متابعة المنهجيات المقدمة في هذه الطريقة. تهدف الدراسة الحالية إلى توفير طريقة بسيطة وفعالة للكشف عن نظام الجذر الكامل للنباتات ، بما في ذلك LRs ذات الترتيب الأعلى. تتضمن هذه الطريقة نشر نظام الجذر يدويا باستخدام فرشاة فنية مستديرة بالألوان المائية ، مما يسمح بالتحكم الدقيق في تعرض الجذور1،10،11،12. لا يتطلب معدات باهظة الثمن أو برامج معقدة. وقد حسنت هذه الطريقة امتصاص المغذيات ومعدل النمو. تحتوي النباتات على محلول غني بالمغذيات تمتصه جذورها بسهولة. الطريقة الحالية مناسبة للباحثين الذين يرغبون في رسم خريطة لسمات نظام جذر النبات بالتفصيل ، خاصة أثناء التطور المبكر (10-15 يوما بعد الإنبات). إنها مناسبة لأنظمة الجذور الصغيرة ، والنباتات النموذجية مثل Arabidopsis والتبغ ، والنباتات غير التقليدية مثل البرسيم حتى يتناسب نظام الجذر الخاص بها مع الصناديق الأرجواني.
تم توضيح خطوات تحليل النمط الظاهري لتطوير RSA في Arabidopsis في هذا البروتوكول على النحو التالي: (1) طريقة تعقيم سطح البذور للنباتات (Arabidopsis) ، (2) خطوات إعداد نظام الزراعة المائية ، متبوعا ببذر البذور على وسط ، (3) إجراء لإخراج البذور الكاملة ونشرها على صفيحة بتري لتحليل RSA ، (4) كيفية تسجيل الصور ل RSA ، و (5) حساب معلمات RSA المهمة باستخدام برنامج ImageJ.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Arabidospsis thaliana (Col 0)</td>
			<td>Lehle Seeds</td>
			<td>WT-02</td>
			<td>Columbia (Col-0**, no markers)*</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Art brushes</td>
			<td>Amazon or any other vendor</td>
			<td></td>
			<td>Water color round brush size no. 14 (8 mm), 16 (9.5 mm), 18 (12 mm), and 20 (14.2 mm)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Automated Microscope with digital camera</td>
			<td>Leica Microsystems</td>
			<td></td>
			<td>LAS version 4.12.0, Leica Microsystems</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Imaging Software</td>
			<td>ImageJ</td>
			<td></td>
			<td>ImageJ V 
			&#160;1.8.0</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magenta box GA-7</td>
			<td>Fisher Scientific&#160;</td>
			<td>50-255-176</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Medicago sativa</td>
			<td>Johnny&#39;s Seeds</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri-plate (150 mm x 15 mm)</td>
			<td>USA Scientific</td>
			<td>8609-0215</td>
			<td>150 mm x 15 mm PS Petri Dish (https://www.usascientific.com)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photo camera</td>
			<td>Cannon or Nikon</td>
			<td></td>
			<td>Any high mega pixel (atleast 12 mega pixel per inch) camera on macro mode</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plant-Agar</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A3301</td>
			<td>Agargel&#160; Suitable for plant tissue culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polycarbonate Sheets</td>
			<td>Amazon</td>
			<td></td>
			<td>1 mm&#160; thick</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polypropylene Mesh</td>
			<td>Amazon</td>
			<td></td>
			<td>Pore size 250 &#181;m, 500 &#181;m and 1000 &#181;m</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanner</td>
			<td>Epson</td>
			<td></td>
			<td>Epson Perfection V700 Photo (Scan at 600 dpi)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a simple protocol for mapping the plant root system architecture traits

تعد المعرفة الشاملة بتطوير بنية نظام جذر النبات (RSA) أمرا بالغ الأهمية لتحسين كفاءة استخدام المغذيات وزيادة تحمل أصناف المحاصيل للتحديات البيئية. يتم تقديم بروتوكول تجريبي لإعداد نظام الزراعة المائية ، ونمو النباتات ، وانتشار RSA ، والتصوير. استخدم النهج نظاما مائيا قائما على صندوق أرجواني يحتوي على شبكة من مادة البولي بروبيلين مدعومة بأسافين من البولي كربونات. يتم توضيح الإعدادات التجريبية من خلال تقييم RSA للنباتات تحت إمدادات المغذيات المختلفة (الفوسفات [Pi]). تم إنشاء النظام لفحص RSA من Arabidopsis ، لكنه قابل للتكيف بسهولة لدراسة النباتات الأخرى مثل Medicago sativa (البرسيم). تستخدم نباتات Arabidopsis thaliana (Col-0) في هذا التحقيق كمثال لفهم نبات RSA. يتم تعقيم البذور السطحية عن طريق معالجة الإيثانول والتبييض التجاري المخفف ، ويتم الاحتفاظ بها عند 4 درجات مئوية للتقسيم الطبقي. تنبت البذور وتزرع على وسط سائل نصف MS على شبكة من مادة البولي بروبيلين مدعومة بأسافين من البولي كربونات. تزرع النباتات في ظل ظروف النمو القياسية لعدد الأيام المطلوبة ، ويتم انتقاؤها برفق من الشبكة ، وتغمرها في ألواح أجار تحتوي على الماء. ينتشر كل نظام جذر للنباتات برفق على الصفيحة المملوءة بالماء بمساعدة فرشاة فنية مستديرة. يتم تصوير لوحات بتري هذه أو مسحها ضوئيا بدقة عالية لتوثيق سمات RSA. يتم قياس سمات الجذر ، مثل الجذر الأساسي والجذور الجانبية ومنطقة التفرع ، باستخدام برنامج ImageJ المتاح مجانا. توفر هذه الدراسة تقنيات لقياس خصائص جذور النبات في البيئات البيئية الخاضعة للرقابة. نناقش كيفية (1) زراعة النباتات ، وجمع عينات الجذر ونشرها ، (2) الحصول على صور لعينات RSA المنتشرة ، (3) التقاط الصور ، و (4) استخدام برنامج تحليل الصور لتحديد سمات الجذر. ميزة الطريقة الحالية هي القياس متعدد الاستخدامات والسهل والفعال لسمات RSA.

يتم قياس السمات المورفومترية المختلفة لبنية نظام الجذر (RSA) باستخدام أدوات معملية بسيطة ، ويتم تصوير الخطوات بشكل تخطيطي في الشكل 1. توضح تفاصيل الإعداد المائي إمكانات البروتوكول في قياس RSA (الشكل 1 والشكل 2).
بالنظر إلى الاختلا...

Watch this Scientific Journal Video about A Simple Protocol for Mapping the Plant Root System Architecture Traits at JoVE.com

A Simple Protocol for Mapping the Plant Root System Architecture Traits

نحن نستخدم أدوات معملية بسيطة لفحص بنية نظام الجذر (RSA) ل Arabidopsis و Medicago. تزرع النباتات في الماء فوق شبكة وتنتشر باستخدام فرشاة فنية للكشف عن RSA. يتم التقاط الصور باستخدام المسح الضوئي أو كاميرا عالية الدقة ، ثم يتم تحليلها باستخدام ImageJ لتعيين السمات.

بروتوكول بسيط لرسم خرائط سمات بنية نظام جذر النبات

Comprehensive knowledge of plant root system architecture (RSA) development is critical for improving nutrient use efficiency and increasing crop cultivar ...

هذه طريقة مائية غير جراحية لقياس بنية نظام الجذر باستخدام معدات المختبر الروتينية. يسمح هذا البروتوكول بالتصور الكامل لنظام جذر النبات بالكامل عن طريق نشره يدويا. تتمثل إحدى المزايا الرئيسية لتحليل RSA في أنه يسمح بدراسة نظام جذر النبات دون الحاجة إلى أي تلوث عنصري غير مرغوب فيه.يمكن لهذه الطريقة تسجيل التفاعل البيئي المباشر بما في ذلك الظروف الهرمونية والمغذيات والمناخية مع RSA للأنظمة النباتية. ابدأ التعقيم السطحي لبذور أرابيدوبسيس عن طريق نقع مغرفة صغيرة من حوالي 100 بذرة في الماء المقطر في درجة حرارة الغرفة. بعد 30 دقيقة ، قم بطرد البذور لفترة وجيزة عند 500 جرام لمدة خمس ثوان باستخدام جهاز طرد مركزي منضدي.بعد ذلك ، صب الماء ، وأضف 700 ميكرولتر من الإيثانول بنسبة 70٪ قبل تحريك الأنبوب لبضع ثوان. الطرد المركزي البذور مرة أخرى. إذا لزم الأمر ، كرر الدوامة والطرد المركزي ، مما يضمن أن 70٪ من علاج الإيثانول لا يتجاوز ثلاث دقائق.بعد ثلاث دقائق ، شطف البذور على الفور بالماء المعقم. بعد ذلك ، عالج البذور باستخدام مبيض تجاري مخفف يحتوي على قطرة من TWEEN 20 لمدة سبع دقائق. امزج البذور بمحلول التبييض عن طريق قلب الأنابيب بسرعة من ثماني إلى 12 مرة.بعد طرد مركزي قصير ، صب المادة الطافية باستخدام ماصة ملليلتر واحد ، وشطف البذور خمس مرات على الأقل بالماء المعقم ، باتباع نفس الإجراء الدوامة. اترك البذور المعقمة السطحية في الماء ، واحتضنها لمدة يومين إلى ثلاثة أيام عند أربع درجات مئوية للتقسيم الطبقي. الأوتوكلاف صندوق أرجواني قياسي نصف مملوء بالماء المقطر.قم بتقطيع لوح البولي كربونات المعقم إلى مستطيلات أربعة × ثمانية سنتيمترات مع نقطة منتصف محززة أكثر من منتصف الطريق عبر المستطيل بحيث يمكن فتح مستطيلين معا لتشكيل شكل X. استخدم هذا الإعداد لتثبيت شبكة البولي بروبلين بحجم 250 ميكرومتر مقطعة إلى ستة مربعات في ستة سنتيمترات. في خزانة تدفق الهواء الصفحي ، أضف وسائط قاعدية معقمة نصف MS مع الفيتامينات بالإضافة إلى 1.5٪ سكروز إلى كل صندوق للوصول إلى الحافة السفلية لشبكة البولي بروبلين.زرع البذور المعقمة السطحية على الشبكة المائية ، وتنمو لمدة ثلاثة أيام. بعد ثلاثة أيام ، انقل الشتلات إلى شبكة بحجم المسام 500 ميكرومتر ، واتركها تنمو لمدة يومين. بعد ذلك ، انقل الشتلات إلى وسائط التحكم وإلى الوسائط التجريبية ، واترك البذور تنمو لمدة سبعة أيام.أضف 10 إلى 20 ملليلتر من ماء الصنبور المصفى المعقم إلى لوحة بتري. اسحب الشتلات برفق من شبكة 500 ميكرومتر. بمساعدة فرشاة فنية مستديرة ، انشر الجذور الشبيهة بالنباتات في الطبق المملوء بالماء واغمرها في الماء.قم بإمالة اللوحة قليلا لإزالة الماء. امسح أو صور لوحات بتري هذه بشكل مناسب. قم بقياس بنية نظام الجذر ، أو سمات RSA ، باستخدام برنامج ImageJ المتاح مجانا ، ثم افتح الملف المراد تحليله.بعد ضبط المقياس، استخدم أداة الخط المستقيم لإنشاء تحديد خط يحدد شريط المقياس. قم بإنهاء المخطط التفصيلي بالنقر بزر الماوس الأيمن أو النقر المزدوج أو النقر في المربع الموجود في البداية. لقياس طول شريط المقياس المعروف بالبكسل ، انقر فوق تحليل ، متبوعا بالقياس على شريط الأدوات.قم بتدوين طول البكسل. افتح مربع حوار ضبط المقياس بالنقر فوق علامة تبويب ضبط المقياس في علامة تبويب التحليل. تحقق من طول البكسل في حقل المسافة بالبكسل.بعد ذلك ، أدخل قيمة شريط المقياس في حقل المسافة المعروف ، واضبط وحدة الطول على أنها ملليمترات. قفل المقياس لهذه الصورة بالذات من خلال النقر على موافق. استخدم أداة الخط المجزأ لتحديد خط يحدد طول الجذر.بعد الانتهاء من المخطط التفصيلي ، اضبط تحديد الخط بالنقر فوق المقابض الصغيرة بالأبيض والأسود وسحبها على طول المخطط التفصيلي. ضمن علامة تبويب التحليل في ImageJ ، حدد أمر القياس وحدد طول الجذر. انقل البيانات المقاسة إلى جدول بيانات عن طريق النقر بزر الماوس الأيمن على نافذة النتائج ، وتحديد نسخ الكل من القائمة المنبثقة ، والتبديل إلى جدول البيانات ، ولصق البيانات.لقياس وحساب سمات RSA ، قم بقياس طول الجذر الأساسي بين تقاطع hypocotyl إلى نهاية أطراف الجذر. ثم قم بقياس الجذور الجانبية من الدرجة الأولى ، أو طول درجة واحدة LR ، والجذور الجانبية من الدرجة الثانية ، أو طول LR بمقدار درجتين. بمجرد الانتهاء من ذلك ، انسخ جميع القياسات والصقها في جدول البيانات.قم بقياس وتسجيل المنطقة المتفرعة للجذر الأساسي ، أو BZPR ، التي تمتد من أول نقطة ناشئة للجذر الجانبي إلى آخر نقطة ناشئة للجذر الجانبي. وبالمثل ، سجل عدد الجذور الجانبية التي تنشأ داخل حدود BZPR. بعد ذلك ، قم بقياس متوسط طول الجذور الجانبية من الدرجة الأولى والعليا.اشتقاق متوسط طول الجذور الجانبية الأولية بقسمة الطول الكلي للجذور الجانبية الأولية على إجمالي عدد الجذور الجانبية الأولية. ثم لقياس متوسط طول الجذور الجانبية من الدرجة الثانية، احسب متوسط طول الجذور الجانبية الثانوية بقسمة الطول الكلي للجذور الجانبية الثانوية على إجمالي عدد الجذور الجانبية الثانوية. قم بقياس كثافة الجذر الجانبي الأساسي بقسمة عدد الجذور الجانبية الأولية على طول BZPR.بعد ذلك ، قم بقياس المنطقة المتفرعة للجذور الجانبية الفردية واحسب كثافة الجذر الجانبي الثانوي بقسمة عدد الجذور الجانبية الثانوية على طول مناطق التفرع لأطوال الجذر الجانبي من الدرجة الثانية. بمجرد الانتهاء من ذلك ، قم بقياس إجمالي طول الجذر ، أو TRL. هذا هو مجموع الجذور الأولية وأطوال الجذور الجانبية الأولية والثانوية.عمل نظام الزراعة المائية المستخدم في هذه التجربة بشكل جيد ، مما يعكس النمط الظاهري المتناقض الواضح في ظل ظروف نقص الفوسفات غير العضوية والكافية. تم تحليل سمات RSA المختلفة في ظل أنظمة الفوسفات غير العضوية المتناقضة في الظروف المائية. استدعى العلاج بنقص الفوسفات غير العضوي نمطا ظاهريا للجذر يظهر RSA أقصر وأقل عمقا وأقل تشعبا ، مقارنة بحالة الفوسفات غير العضوية الكافية.تم تخفيف طول الجذر الأساسي بشكل كبير في ظل حالة نقص الفوسفات غير العضوي. يشير الكسب الكبير والسريع في طول الجذر الأساسي في وجود 1.25 مللي مولار من الفوسفات غير العضوي أو وسائط التحكم إلى كفاءة النظام المائي ، ويعكس التغيرات الفيزيائية بشكل كاف. تم تقليل منطقة التفرع بشكل كبير في ظل حالة نقص الفوسفات غير العضوي.انخفض متوسط طول الجذر الجانبي الأساسي بشكل كبير في حالة نقص pi. وبالمثل ، انخفض متوسط طول الجذر الجانبي الثانوي بسبب حالة نقص الفوسفات ، ومع ذلك ، كان أقل في الكمية من متوسط طول الجذر الجانبي الأولي. انخفض عدد الجذور الجانبية الأولية والثانوية بشكل كبير تحت حالة نقص الفوسفات ، مقارنة بحالة السيطرة ، 1.25 مليمول من الفوسفات غير العضوي.لم تتغير كثافة الجذر الجانبي الأولي في ظل حالة نقص الفوسفات ، بالنسبة إلى حالة التحكم ، 1.25 مليمول من الفوسفات غير العضوي. لم تظهر كثافة الجذر الجانبي الثانوي أي تغيير كبير ، مما يشير إلى أهمية كثافة الجذر الجانبي لاكتساب نظرة ثاقبة على مرونة RSA. أزلت الشتلات بلطف من الشبكة باستخدام الملقط.قمت بنشر الجذور في طبق مملوء بالماء باستخدام فرشاة مستديرة ، وجميع الجذور الأولية ، ونشرها بشكل مستقيم ، ونشر الجذور الجانبية بشكل متماثل ، ونشر الجذور الجانبية من الدرجة الثانية المرتبطة بالجذور الجانبية من الدرجة الأولى. يمكن استخدام طريقة مماثلة لحساب مساحة السخام لأطراف نبات أرابيدوبسيس. يمكن نشر أوراق Arabidopsis على اللوحة الأخرى متبوعة بالتقاط الصور وتحليلها باستخدام برنامج ImageJ المتاح مجانا لتحديد منطقة السخام.يمكن استخدام هذا البروتوكول للإجابة على أي أسئلة حول تأثير البيئة على مرونة نظام الجذر.

Research

JoVE Journal

Biology

A Protocol for the Identification of Protein-protein Interactions Based on 15N Metabolic Labeling, Immunoprecipitation, Quantitative Mass Spectrometry and Affinity Modulation

A Protocol for the Identification of Protein-protein Interactions Based on 15N Metabolic Labeling, Immunoprecipitation, Quantitative Mass Spectrometry and Affinity Modulation

بروتوكول لتحديد البروتين البروتين التفاعلات على أساس<sup&gt; 15</sup&gt; N صفها الأيض، مناعي، الكمي والتحوير الطيف الكتلي الانجذاب

Protein-protein interactions are fundamental for many biological processes in the cell. Therefore, their characterization plays an important role in ...

A Simple Protocol for Extracting Hemocytes from Wild Caterpillars

A بروتوكول بسيط لاستخراج اليرقات من Hemocytes البرية

Insect hemocytes (equivalent to mammalian white blood cells) play an important role in several physiological processes throughout an insect's life cycle ...

An Efficient Method for Quantitative, Single-cell Analysis of Chromatin Modification and Nuclear Architecture in Whole-mount Ovules in Arabidopsis

An Efficient Method for Quantitative, Single-cell Analysis of Chromatin Modification and Nuclear Architecture in Whole-mount Ovules in Arabidopsis

وسيلة فعالة للالكمي، التحليل خلية واحدة من لونين تعديل والعمارة النووية في جبل لالجامع بويضات في<em&gt; نبات الأرابيدوبسيس</em

In flowering plants, the somatic-to-reproductive cell fate transition is marked by the specification of spore mother cells (SMCs) in floral organs of the ...

Lateral Root Inducible System in Arabidopsis and Maize

Lateral Root Inducible System in Arabidopsis and Maize

الجانبي جذر النظام محرض في<em&gt; نبات الأرابيدوبسيس</em&gt; والذرة

Lateral root development contributes significantly to the root system, and hence is crucial for plant growth. The study of lateral root initiation is ...

Imaging Spatial Reorganization of a MAPK Signaling Pathway Using the Tobacco Transient Expression System

التصوير إعادة التنظيم المكاني لMAPK اشارة المسار باستخدام نظام التعبير عابر التبغ

Visualization of dynamic signaling events in live cells has been a challenge. We expanded an established transient expression system, the biomolecular ...

Plant Promoter Analysis: Identification and Characterization of Root Nodule Specific Promoter in the Common Bean

نبات مروج التحليل: تحديد وتوصيف للعقيدات الجذرية المروج محددة في الفول المشتركة

The upstream sequences of gene coding sequences are termed as promoter sequences. Studying the expression patterns of promoters are very significant in ...

A Simple High Efficiency Protocol for Pancreatic Islet Isolation from Mice

بروتوكول بسيط عالي الكفاءة لعزل الجزيرة البنكرياسية عن الفئران

Pancreatic islets, also called the Islets of Langerhans, are a cluster of endocrine cells which produces hormones for glucose regulation and other ...

A Labor-saving and Repeatable Touch-force Signaling Mutant Screen Protocol for the Study of Thigmomorphogenesis of a Model Plant Arabidopsis thaliana

A Labor-saving and Repeatable Touch-force Signaling Mutant Screen Protocol for the Study of Thigmomorphogenesis of a Model Plant Arabidopsis thaliana

بروتوكول شاشة إشارة متحولة لتوفير العمالة وتكرارها لدراسة الثيغمومورفولوجينيس لمصنع نموذجي أرابيدوبسيس ثاليانا

Plants responding to both intracellular and extracellular mechanical stimulations (or force signals) and develop special morphological changes, a called ...

Dry Root Rot Disease Assays in Chickpea: a Detailed Methodology

التعفن الجاف تعفن التعفن في الحمص: منهجية مفصلة

Dry root rot (DRR) disease is an emerging biotic stress threat to chickpea cultivation around the world. It is caused by a soil-borne fungal pathogen, ...

Preparing and Rearing Axenic Insects with Tissue Cultured Seedlings for Host-Gut Microbiota Interaction Studies of the Leaf Beetle

إعداد وتربية الحشرات المحورية مع الشتلات المستزرعة في الأنسجة لدراسات تفاعل الميكروبات بين الأمعاء المضيفة لخنفساء الأوراق

Insect guts are colonized by diverse bacteria that can profoundly impact the host&#39;s physiological traits. Introducing a particular bacterial strain ...