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

Bu araştırmayı desteklediği için ABD Tarım Bakanlığı'na (Grant 58-6406-1-017) teşekkür ederiz. Ayrıca, WKU Biyoteknoloji Merkezi, Western Kentucky Üniversitesi, Bowling Green, KY, ABD ve CSIR Merkezi Tıbbi ve Aromatik Bitkiler Enstitüsü, Lucknow, Hindistan'a enstrüman olanakları ve desteği sağladığı için teşekkür ederiz (CSIR CIMAP el yazması iletişim no. CIMAP/PUB/2022/103). SS, Saint Joseph Üniversitesi, Philadelphia, ABD'den gelen mali desteği kabul eder.

Tüm protokol, Şekil 1'de şematik olarak özetlenmiştir ve plantletlerin kök sistem mimarisini (RSA) ortaya çıkarmada yer alan tüm temel adımları göstermektedir. Protokol adımları aşağıda ayrıntılı olarak verilmiştir:
1. Arabidopsis tohum yüzeyi sterilizasyonu
<ol><li>Küçük bir kepçe (yaklaşık 100 tohum = yaklaşık 2.5 mg) tohumu bir mikrofüj tüpüne aktarın ve oda sıcaklığında (RT) damıtılmış suda 30 dakika...

<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>

Bu çalışma, RSA'nın basit laboratuvar ekipmanlarını kullanarak haritalandırıldığını göstermiştir. Bu yöntemi kullanarak, fenotipik değişiklikler rafine seviyede kaydedilir. Bu stratejinin yararı, sürgün kısmının asla medya ile temas etmemesidir, bu nedenle plantletlerin fenotipi orijinaldir. Bu yöntem, protokolde açıklandığı gibi plantlet yetiştirmek için bir hidroponik sistem kurmayı içerir. Daha sonra, her plantlet bozulmadan çıkarılır ve agar dolu bir Petri plakasına yerleştirili...

Yeraltında bulunan kök sistem mimarisi (RSA), bitki büyümesi ve verimliliği için hayati bir organdır 1,2,3. Embriyonik aşamadan sonra, bitkiler en önemli morfolojik değişikliklerine uğrarlar. Köklerin toprakta yetişme şekli, bitki parçalarının toprak üzerindeki büyümesini büyük ölçüde etkiler. Kök büyümesi çimlenmede ilk adımdır. Mevcut farklı besin maddelerine benzersiz bir şekilde yanıt verdiği için bilgilendirici bir özelliktir 1,2,3,4. RSA, yüksek derecede gelişimsel plastisite sergiler, bu da çevrenin her zaman gelişim 2,5 hakkında karar vermek için kullanıldığı anlamına gelir. Çevredeki değişiklikler, mevcut senaryoda mahsul üretimini daha da zorlaştırmıştır. RSA, çevresel sinyalleri gelişimsel seçimlere sürekli olarak dahil eder5. Sonuç olarak, kök gelişiminin ardındaki ilkelerin tam olarak anlaşılması, bitkilerin değişen ortamlara nasıl tepki verdiğini öğrenmek için gereklidir 2,5.
RSA, değişen besin konsantrasyonlarını algılar ve fenotipik değişiklikleri 4,6,7,8,9,10,11,12 yapar. Çalışmalar, kök morfolojisinin / RSA'nın sürgün morfolojisine kıyasla oldukça plastik olduğunu göstermektedir 1,3. RSA özellik haritalaması, çevredeki toprak ortamını değiştirmenin etkisini kaydetmede oldukça etkilidir 1,11,12.
Genel olarak, çeşitli besin eksikliklerinin kök fenotipi üzerindeki etkisindeki tutarsızlıklar daha önceki birçok çalışmada bildirilmiştir 3,11,13,14,15. Örneğin, yanal köklerin (LR'ler) sayısında, uzunluğunda ve yoğunluğunda fosfat (Pi) açlığına bağlı değişiklikler hakkında birkaç zıt rapor vardır. Pi eksikliği durumu 6,8 altında LR yoğunluğunda bir artış bildirilmiştir. Buna karşılık, Pi eksikliği koşulları altında LR yoğunluğunda bir azalma diğer yazarlar tarafından da bildirilmiştir 3,13,16. Bu tutarsızlıkların öne çıkan nedenlerinden biri, agarın sıklıkla10 içerdiği elementel kontaminasyona eğilimli jelleşme ortamının kullanılmasıdır. Araştırmacılar tipik olarak deneysel bitkilerini agar bazlı bir plaka sistemi üzerinde yetiştirir ve kök özelliklerini kaydeder. Çok sayıda RSA özelliği sıklıkla agar materyali içinde gizlenir veya yerleşir ve belgelenemez. Kullanıcıların genellikle bir bileşeni ortamdan tamamen dışladığı besin eksikliğini indüklemeyle bağlantılı deneyler, elementel kontaminasyona eğilimli jelleşme ortamı11,14,15'te gerçekleştirilemez. Agar ortamında, P, Zn, Fe ve daha birçok11,14,15 dahil olmak üzere çok sayıda besin maddesi sıklıkla önemli miktarlarda bulunur. Ayrıca, RSA büyümesi agar bazlı ortamlarda, agar bazlı olmayan sıvı ortama göre daha yavaştır. Sonuç olarak, RSA'nın fenotipini ölçmek ve nitel olarak kaydetmek için alternatif bir agar tabanlı olmayan yaklaşım oluşturmaya ihtiyaç vardır. Sonuç olarak, plantletlerin polikarbonat kamalar 1,10,11 ile desteklenen bir polipropilen ağın üzerinde macenta kutu bazlı bir hidroponik sistemde yetiştirildiği mevcut yöntem geliştirilmiştir.
Bu çalışma, Jain ve ark.10 tarafından açıklanan daha önceki yöntemin ayrıntılı bir doğaçlama versiyonunu sunmaktadır. Bu strateji, bitki kök biyolojisindeki mevcut talepler için ayarlanmıştır ve model bitkiler dışındaki Yonca gibi bitkiler için de kullanılabilir. Protokol, RSA'daki değişiklikleri ölçmenin birincil yoludur ve yalnızca basit ekipman gerektirir. Mevcut protokol, normal ve modifiye edilmiş ortamda (Pi eksikliği) birincil ve lateral kökler gibi çeşitli kök özelliklerinin nasıl fenotiplendirileceğini göstermektedir. Yazarın deneyimlerinden toplanan adım adım talimatlar ve diğer yararlı ipuçları, araştırmacıların bu yöntemde sunulan metodolojilerle birlikte takip etmelerine yardımcı olmak için sağlanmıştır. Bu çalışma, yüksek dereceli LR'ler de dahil olmak üzere bitkilerin tüm kök sistemini ortaya çıkarmak için basit ve etkili bir yöntem sunmayı amaçlamaktadır. Bu yöntem, kök sisteminin yuvarlak bir suluboya sanat fırçası ile manuel olarak yayılmasını içerirve köklerin maruz kalması üzerinde hassas kontrol sağlar 1,10,11,12. Pahalı ekipman veya karmaşık yazılım gerektirmez. Bu yöntem, besin alımını ve büyüme oranını iyileştirmiştir; Bitkiler, kökleri tarafından kolayca emilen besin açısından zengin bir çözeltiye sahiptir. Mevcut yöntem, bir bitkinin kök sisteminin özelliklerini, özellikle erken gelişim sırasında (çimlenmeden 10-15 gün sonra) ayrıntılı olarak haritalamak isteyen araştırmacılar için uygundur. Küçük kök sistemleri, Arabidopsis ve tütün gibi model bitkiler ve kök sistemleri macenta kutularına sığana kadar Yonca gibi geleneksel olmayan bitkiler için uygundur.
Arabidopsis'te RSA gelişiminin fenotipik analizi için adımlar bu protokolde şu şekilde özetlenmiştir: (1) bitkiler için tohum yüzeyi sterilizasyonu yöntemi (Arabidopsis), (2) hidroponik sistemi kurma adımları, ardından bir ortamda tohum ekimi, (3) tüm tohumların çıkarılması ve RSA analizi için Petri plakasına yayılması prosedürü, (4) RSA için görüntülerin nasıl kaydedileceği ve (5) ImageJ yazılımını kullanarak önemli RSA parametrelerinin hesaplanması.

<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

Bitki kök sistemi mimarisi (RSA) geliştirme hakkında kapsamlı bilgi, besin kullanım verimliliğini artırmak ve mahsul çeşidinin çevresel zorluklara karşı toleransını artırmak için kritik öneme sahiptir. Hidroponik sistemin kurulması, plantlet büyümesi, RSA yayılımı ve görüntüleme için deneysel bir protokol sunulmaktadır. Yaklaşım, polikarbonat kamalarla desteklenen polipropilen ağ içeren macenta kutu tabanlı bir hidroponik sistem kullandı. Deneysel ortamlar, çeşitli besin (fosfat [Pi]) kaynağı altında plantletlerin RSA'sının değerlendirilmesiyle örneklendirilmiştir. Sistem, Arabidopsis'in RSA'sını incelemek için kuruldu, ancak Medicago sativa (Yonca) gibi diğer bitkileri incelemek için kolayca uyarlanabilir. Arabidopsis thaliana (Col-0) plantletleri bu araştırmada RSA bitkisini anlamak için bir örnek olarak kullanılmıştır. Tohumlar, etanol ve seyreltilmiş ticari ağartıcı muamelesi yapılarak yüzey sterilize edilir ve tabakalaşma için 4 ° C'de tutulur. Tohumlar çimlenir ve polikarbonat kamalarla desteklenen bir polipropilen ağ üzerinde sıvı bir yarım MS ortamında yetiştirilir. Fideletler, istenen sayıda gün boyunca standart büyüme koşulları altında yetiştirilir, ağdan yavaşça toplanır ve su içeren agar plakalarına batırılır. Plantletlerin her kök sistemi, yuvarlak bir sanat fırçası yardımıyla su dolu plakaya yavaşça yayılır. Bu Petri plakaları, RSA özelliklerini belgelemek için yüksek çözünürlükte fotoğraflanır veya taranır. Birincil kök, yanal kökler ve dallanma bölgesi gibi kök özellikleri, serbestçe kullanılabilen ImageJ yazılımı kullanılarak ölçülür. Bu çalışma, kontrollü çevresel ortamlarda bitki kök özelliklerini ölçmek için teknikler sunmaktadır. (1) bitki yavrularının nasıl yetiştirileceğini ve kök örneklerinin nasıl toplanacağını ve yayılacağını, (2) yayılmış RSA örneklerinin resimlerini nasıl elde edeceğinizi, (3) görüntüleri nasıl yakalayacağımızı ve (4) kök özniteliklerini ölçmek için görüntü analiz yazılımının nasıl kullanılacağını tartışıyoruz. Mevcut yöntemin avantajı, RSA özelliklerinin çok yönlü, kolay ve verimli bir şekilde ölçülmesidir.

Kök sistem mimarisinin (RSA) farklı morfometrik özellikleri basit laboratuvar araçları kullanılarak ölçülür ve adımlar Şekil 1'de şematik olarak gösterilmiştir. Hidroponik kurulumun ayrıntıları, protokolün RSA'yı ölçmedeki potansiyelini göstermektedir (Şekil 1 ve Şekil 2).
Jelleştirici ajanlarda gözlenen farklılıklar göz önüne alındığında, tüm çalışmaları yürütme...

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

Arabidopsis ve Medicago'nun kök sistem mimarisini (RSA) incelemek için basit laboratuvar araçları kullanıyoruz. Fideler ağ üzerinde hidroponik olarak yetiştirilir ve RSA'yı ortaya çıkarmak için bir sanat fırçası kullanılarak yayılır. Görüntüler tarama veya yüksek çözünürlüklü bir kamera kullanılarak alınır, daha sonra özellikleri haritalamak için ImageJ ile analiz edilir.

Bitki kök sistemi mimari özelliklerini haritalamak için basit bir protokol

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

Bu, rutin laboratuvar ekipmanlarını kullanarak kök sistemi mimarisini ölçmek için invaziv olmayan bir hidroponik yöntemdir. Bu protokol, bitkinin tüm kök sisteminin manuel olarak yayılarak tamamen görselleştirilmesini sağlar. RSA analizinin ana avantajlarından biri, istenmeyen elementel kontaminasyona neden olabilecek ihtiyaç duymadan bitki kök sisteminin incelenmesine izin vermesidir.Bu yöntem, bitki sistemlerinin RSA'sı ile hormonal, besin maddeleri ve iklim koşulları dahil olmak üzere doğrudan çevresel etkileşimi kaydedebilir. Arabidopsis tohumlarının yüzey sterilizasyonuna, yaklaşık 100 tohumdan oluşan küçük bir kepçeyi oda sıcaklığında damıtılmış suya batırarak başlayın. 30 dakika sonra, bir masa üstü santrifüj kullanarak tohumları beş saniye boyunca 500 G'de kısaca santrifüj edin.Daha sonra, suyu boşaltın ve tüpü birkaç saniye vortekslemeden önce 700 mikrolitre% 70 etanol ekleyin. Tohumları tekrar santrifüj edin. Gerekirse,% 70 etanol tedavisinin üç dakikayı geçmemesini sağlayarak vorteks ve santrifüjlemeyi tekrarlayın.Üç dakika sonra, hemen tohumları steril suyla durulayın. Daha sonra, tohumları yedi dakika boyunca bir damla ARA 20 içeren seyreltilmiş ticari ağartıcı kullanarak tedavi edin. Tüpleri sekiz ila 12 kez hızla ters çevirerek tohumları ağartıcı çözeltisi ile karıştırın.Kısa bir santrifüjlemeden sonra, süpernatantı bir mililitrelik pipet kullanarak boşaltın ve aynı vorteks prosedürünü izleyerek tohumları steril suyla en az beş kez durulayın. Yüzeyde sterilize edilmiş tohumları suda bırakın ve tabakalaşma için dört santigrat derecede iki ila üç gün boyunca inkübe edin. Yarısı damıtılmış suyla doldurulmuş standart macenta kutusunu otoklavlayın.Otoklavlanmış polikarbonat levhayı, dikdörtgenin yarısından fazlasına kadar çentikli bir orta noktaya sahip dörde sekiz santimetrelik dikdörtgenler halinde kesin, böylece iki dikdörtgen bir X şekli oluşturmak için birlikte yuvalanabilir. 250 mikrometre gözenek boyutundaki polipropilen ağı altı x altı santimetre kareye kesilmiş halde tutmak için bu kurulumu kullanın. Laminer hava akımı kabininde, polipropilen ağın alt kenarına ulaşmak için her kutuya vitamin artı %1,5 sakkaroz içeren steril yarım MS bazal ortam ekleyin.Yüzey sterilize edilmiş tohumları ağ üzerine hidroponik olarak ekin ve üç gün boyunca büyütün. Üç gün sonra, fideleri 500 mikrometre gözenek büyüklüğünde bir ağa aktarın ve iki gün boyunca büyümelerine izin verin. Daha sonra, fideleri kontrol ortamına ve deney ortamına aktarın ve tohumların yedi gün boyunca büyümesine izin verin.Petri plakasına 10 ila 20 mililitre otoklavlanmış filtrelenmiş musluk suyu ekleyin. Fideleri 500 mikrometrelik ağdan yavaşça çekin. Yuvarlak bir sanat fırçası yardımıyla, su dolu plakaya bitki benzeri kökler yayın ve suya batırın.Suyu çıkarmak için plakayı hafifçe eğin. Bu Petri plakalarını uygun şekilde tarayın veya fotoğraflayın. Ücretsiz olarak kullanılabilen ImageJ yazılımını kullanarak kök sistem mimarisini veya RSA özelliklerini ölçün, ardından analiz edilecek dosyayı açın.Ölçeği ayarladıktan sonra, ölçek çubuğunun ana hatlarını çizen bir çizgi seçimi oluşturmak için düz çizgi aracını kullanın. Sağ tıklayarak, çift tıklayarak veya başlangıçtaki kutuyu tıklatarak anahatları tamamlamayı bitirin. Bilinen ölçek çubuğunun uzunluğunu piksel cinsinden ölçmek için, analiz et'e ve ardından araç çubuğunda ölçüye tıklayın.Piksel uzunluğunu not edin. Analiz sekmesindeki ölçeği ayarla sekmesini tıklatarak ölçeği ayarla iletişim kutusunu açın. Piksel cinsinden uzaklık alanındaki piksel uzunluğunu kontrol edin.Ardından, ölçek çubuğu değerini bilinen uzaklık alanına girin ve uzunluk birimini milimetre olarak ayarlayın. Tamam'a tıklayarak bu görüntünün ölçeğini kilitleyin. Kök uzunluğunu özetleyen bir çizgi seçimi için bölümlenmiş çizgi aracını kullanın.Anahattı bitirdikten sonra, anahat boyunca küçük siyah beyaz tutamaçları tıklatıp sürükleyerek çizgi seçimini ayarlayın. ImageJ'nin analiz sekmesi altında, ölçü komutunu seçin ve kök uzunluğunu ölçün. Sonuçlar penceresini sağ tıklayarak, açılır menüden Tümünü kopyala'yı seçerek, e-tabloya geçerek ve verileri yapıştırarak ölçülen verileri bir e-tabloya aktarın.RSA özelliklerinin ölçümü ve hesaplanması için, hipokotil birleşim ile kök uçları ucu arasındaki birincil kök uzunluğunu ölçün. Daha sonra birinci dereceden yanal kökleri veya bir derece LR uzunluğunu ve ikinci dereceden yanal kökleri veya iki derece LR uzunluğunu ölçün. İşiniz bittiğinde, tüm ölçümleri kopyalayıp e-tabloya yapıştırın.Birincil kökün veya BZPR'nin, ilk yanal kök çıkış noktasından son yanal kök çıkış noktasına kadar uzanan dallanma bölgesini ölçün ve kaydedin. Benzer şekilde, BZPR sınırları içinde ortaya çıkan yanal köklerin sayısını kaydedin. Ardından, birinci ve daha yüksek dereceli yanal köklerin ortalama uzunluğunu ölçün.Birincil lateral köklerin toplam uzunluğunu, birincil lateral köklerin toplam sayısına bölerek birincil lateral köklerin ortalama uzunluğunu elde edin. Daha sonra, ikinci dereceden yanal köklerin ortalama uzunluğunu ölçmek için, ikincil yanal köklerin toplam uzunluğunu, ikincil yanal köklerin toplam sayısına bölerek ikincil yanal köklerin ortalama uzunluğunu hesaplayın. Birincil lateral kök yoğunluğunu, birincil lateral kök sayısını BZPR'nin uzunluğuna bölerek ölçün.Daha sonra, bireysel yanal köklerin dallanma bölgesini ölçün ve ikincil yanal kök sayısını, ikinci dereceden yanal kök uzunluklarının dallanma bölgelerinin uzunluğuna bölerek ikincil yanal kök yoğunluğunu hesaplayın. İşiniz bittiğinde, toplam kök uzunluğunu veya TRL'yi ölçün. Bu, birincil köklerin ve birincil ve ikincil yanal kök uzunluklarının toplamıdır.Bu deneyde kullanılan hidroponik sistem, inorganik fosfat eksikliği ve yeterli koşullar altında belirgin zıt fenotipi yansıtan iyi çalıştı. Çeşitli RSA özellikleri, hidroponik koşullarda kontrastlı inorganik fosfat rejimleri altında analiz edildi. İnorganik fosfat eksikliği tedavisi, inorganik fosfat yeterli durumuna kıyasla daha kısa, daha sığ ve daha az dallanmış bir RSA sergileyen bir kök fenotipini çağırdı.Primer kök uzunluğu, inorganik fosfat eksikliği durumu altında önemli ölçüde zayıfladı. 1.25 milimolar inorganik fosfat veya kontrol ortamı varlığında primer kök uzunluğundaki anlamlı ve hızlı kazanım, hidroponik sistemin etkinliğini gösterdi ve fizyomorfolojik değişiklikleri yeterince yansıttı. Dallanma bölgesi, inorganik fosfat eksikliği durumu altında önemli ölçüde azaldı.Birincil lateral kökün ortalama uzunluğu, pi eksikliği durumunda önemli ölçüde azaldı. Ortalama ikincil lateral kök uzunluğu, fosfat eksikliği durumu nedeniyle benzer şekilde azaltılmıştır, ancak ortalama birincil lateral kök uzunluğundan miktar olarak daha düşüktü. Primer ve sekonder lateral köklerin sayısı, fosfat eksikliği durumunda, 1.25 milimolar inorganik fosfat durumuna kıyasla büyük ölçüde azalmıştır.Primer lateral kök yoğunluğu, fosfat eksikliği durumunda, kontrole göre, 1.25 milimolar inorganik fosfat koşulu altında değişmedi. İkincil lateral kök yoğunluğu, RSA plastisitesi hakkında fikir edinmek için lateral kök yoğunluğunun önemini gösteren önemli bir değişiklik göstermedi. Fideleri cımbız kullanarak ağdan yavaşça çıkardım.Kökleri yuvarlak bir fırça kullanarak su dolu bir plakaya, tüm birincil kökleri yaydım ve düz bir şekilde yaydım, yanal kökleri simetrik olarak yaydım, birinci dereceden yanal köklere bağlı ikinci dereceden yanal kökleri yaydım. Arabidopsis bitki uçlarının kurum alanını hesaplamak için benzer bir yöntem kullanılabilir. Arabidopsis yaprakları diğer plakaya yayılabilir, ardından kurum alanını belirlemek için serbestçe kullanılabilen ImageJ yazılımı kullanılarak görüntü yakalama ve analiz edilebilir.Bu protokol, çevrenin kök sistemi plastisitesi üzerindeki etkisi hakkındaki soruları cevaplamak için kullanılabilir.

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

Dayanarak protein-protein etkileşimleri ve kimliği için bir protokol<sup&gt; 15</sup&gt; K Metabolik Etiketleme, immünopresipitasyon, Kantitatif Kütle Spektrometrisi ve Affinity Modülasyon

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

Vahşi Tırtıllar gelen Hemocytes ayıklamak için basit bir protokol

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

Tüm montaj ovüllerindeki in Kromatin Modifikasyonu ve Nükleer Mimarlık Kantitatif, Tek hücreli Analizi için Etkin Bir Yöntem<em&gt; Arabidopsis</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

Lateral Kök İndüklenebilir Sistemi<em&gt; Arabidopsis</em&gt; Ve Mısır

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

Tütün Geçici İfade Sisteminin Kullanılması bir MAPK sinyal yolu Mekansal Reorganizasyon Görüntüleme

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

Bitki organizatörü analizleri: Kimlik ve kök nodül belirli organizatörü ortak fasulye içinde karakterizasyonu

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

Farelerden Pankreas Adacık İzolasyon için Basit Bir Yüksek Verimlilik Protokolü

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

Bir model tesisi Arabidopsis thaliana Thigmomorphogenesis çalışması Için bir işgücü tasarrufu ve tekrarlanabilen dokunma-Force sinyalizasyon mutant ekran Protokolü

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

Nohutta Kuru Kök Çürüklüğü Hastalığı Tahlilleri: Detaylı Bir Metodoloji

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

Yaprak Böceğinin Host-Gut Mikrobiyota Etkileşim Çalışmaları için Doku Kültürlü Fidanlarla Aksenik Böceklerin Hazırlanması ve Yetiştirilmesi

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