Name: تسليط الضوء على المؤلف: تطوير أبحاث الثغور باستخدام قياس الفتحة الآلي
Uploaded: 2024-02-09T13:55:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Author Spotlight: Advancing Stomatal Research with Automated Aperture Measurement at JoVE.com

نشكر جميع أعضاء المشروع البحثي ، "الإنشاء المشترك للسمات التكيفية للنبات من خلال تجميع holobiont الميكروب النباتي" ، على المناقشات المثمرة. تم دعم هذا العمل من قبل Grant-in-Aid لمجالات البحث التحويلية (21H05151 و 21H05149 إلى AM و 21H05152 إلى YT) و Grant-in-Aid لتحدي البحث الاستكشافي (22K19178 إلى A. M.).

1. زراعة النباتات
<ol><li>لكسر السكون ، أعد تعليق بذور A. thaliana (Col-0) في ماء منزوع الأيونات واحتضانها عند 4 درجات مئوية لمدة 4 أيام في الظلام.</li>
	<li>زرع البذور على التربة وتنمو في غرفة مجهزة بضوء الفلورسنت الأبيض. حافظ على ظروف النمو التالية: درجة حرارة 22 درجة مئوية ، وشدة ضوء 6000 لوكس (?...

قياس الاستجابة الآلية للثغور للغزو البكتيري في أرابيدوبسيس

<ol>
	<li>Shimono, M., Higaki, T., Kaku, H., Shibuya, N., Hasezawa, S., Day, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+evaluation+of+stomatal+cytoskeletal+patterns+during+the+activation+of+immune+signaling+in+Arabidopsis+thaliana.">Quantitative evaluation of stomatal cytoskeletal patterns during the activation of immune signaling in Arabidopsis thaliana.</a> PLoS One. 11, e0159291 (2016).</li><li>Bourdais, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+quantitative+imaging+to+investigate+regulators+of+membrane+trafficking+in+Arabidopsis+stomatal+closure.">The use of quantitative imaging to investigate regulators of membrane trafficking in Arabidopsis stomatal closure.</a> Traffic. 20 (2), 168-180 (2019).</li><li>Higaki, T., Kutsuna, N., Hasezawa, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CARTA-based+semi-automatic+detection+of+stomatal+regions+on+an+Arabidopsis+cotyledon+surface.">CARTA-based semi-automatic detection of stomatal regions on an Arabidopsis cotyledon surface.</a> Plant Morphology. 26 (1), 9-12 (2014).</li><li>Eisele, J. F., F&#228;&#223;ler, F., B&#252;rgel, F., Chaban, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+rapid+and+simple+method+for+microscopy-based+stomata+analyses.">A rapid and simple method for microscopy-based stomata analyses.</a> PLoS One. 11, e0164576 (2016).</li><li>Chitraker, R., Melotto, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessing+stomatal+response+to+live+bacterial+cells+using+whole+leaf+imaging.">Assessing stomatal response to live bacterial cells using whole leaf imaging.</a> Journal of Visualized Experiments. 44, 2185 (2010).</li><li>Sai, N., 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=StomaAI:+an+efficient+and+user-friendly+tool+for+measurement+of+stomatal+pores+and+density+using+deep+computer+vision.">StomaAI: an efficient and user-friendly tool for measurement of stomatal pores and density using deep computer vision.</a> New Phytologist. 238 (2), 904-915 (2023).</li><li>Takagi, 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=Image-based+quantification+of+Arabidopsis+thaliana+stomatal+aperture+from+leaf+images.">Image-based quantification of Arabidopsis thaliana stomatal aperture from leaf images.</a> Plant and Cell Physiology. pcad018, (2023).</li><li>Melotto, M., Zhang, L., Oblessuc, P. R., He, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stomatal+defense+a+decade+later.">Stomatal defense a decade later.</a> Plant Physiology. 174 (2), 561-571 (2017).</li><li>Melotto, M., Underwood, W., Koczan, J., Nomura, K., He, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plant+stomata+function+in+innate+immunity+against+bacterial+invasion.">Plant stomata function in innate immunity against bacterial invasion.</a> Cell. 126 (5), 969-980 (2006).</li><li>Zeng, W., He, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+prominent+role+of+the+flagellin+receptor+FLAGELLIN-SENSING2+in+mediating+stomatal+response+to+Pseudomonas+syringae+pv+tomato+DC3000+in+Arabidopsis.">A prominent role of the flagellin receptor FLAGELLIN-SENSING2 in mediating stomatal response to Pseudomonas syringae pv tomato DC3000 in Arabidopsis.</a> Plant Physiology. 153 (3), 1188-1198 (2010).</li><li>Zheng, X. 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=Coronatine+promotes+Pseudomonas+syringae+virulence+in+plants+by+activating+a+signaling+cascade+that+inhibits+salicylic+acid+accumulation.">Coronatine promotes Pseudomonas syringae virulence in plants by activating a signaling cascade that inhibits salicylic acid accumulation.</a> Cell Host and Microbe. 11 (6), 587-596 (2012).</li><li>Raffeiner, 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=The+Xanthomonas+type-III+effector+XopS+stabilizes+CaWRKY40a+to+regulate+defense+responses+and+stomatal+immunity+in+pepper+(Capsicum+annuum).">The Xanthomonas type-III effector XopS stabilizes CaWRKY40a to regulate defense responses and stomatal immunity in pepper (Capsicum annuum).</a> The Plant Cell. 34 (5), 1684-1708 (2022).</li><li>Munemasa, S., Hauser, F., Park, J., Waadt, R., Brandt, B., Schroeder, J. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+of+abscisic+acid-mediated+control+of+stomatal+aperture.">Mechanisms of abscisic acid-mediated control of stomatal aperture.</a> Current Opinion in Plant Biology. 28, 154-162 (2015).</li><li>F&#246;rster, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wounding-induced+stomatal+closure+requires+jasmonate-mediated+activation+of+GORK+K++channels+by+a+Ca2++sensor-kinase+CBL1-CIPK5+complex.">Wounding-induced stomatal closure requires jasmonate-mediated activation of GORK K+ channels by a Ca2+ sensor-kinase CBL1-CIPK5 complex.</a> Developmental Cell. 48 (1), 87-99 (2018).</li><li>Cheng, Y. T., Zhang, L., He, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plant-microbe+interactions+facing+environmental+challenge.">Plant-microbe interactions facing environmental challenge.</a> Cell Host and Microbe. 26 (2), 183-192 (2019).</li></ol>

استخدمت الدراسات السابقة تقشير البشرة أو أقراص الأوراق أو الأوراق المنفصلة للتحقيق في استجابات الثغور للغزوات البكتيرية9،11،12. في المقابل ، فإن الطريقة المقترحة في هذه الدراسة تستفيد من جهاز تصوير الثغور المحمول لمراقبة الثغور مباشرة ع?...

الثغور مسام مجهرية محاطة بزوج من الخلايا الحارسة على سطح الأوراق والأجزاء الهوائية الأخرى من النباتات. في ظل البيئات المتغيرة باستمرار ، يعد تنظيم فتحة الثغور أمرا أساسيا للنباتات للتحكم في امتصاص ثاني أكسيد الكربون المطلوب لعملية التمثيل الضوئي على حساب فقدان الماء عن طريق النتح. وبالتالي ، كان القياس الكمي لفتحة الثغور مفيدا لفهم التكيف البيئي للنبات. ومع ذلك ، فإن تحديد فتحة الثغور بطبيعته يستغرق وقتا طويلا ومرهقا لأنه يتطلب عملا بشريا لتحديد وقياس مسام الثغور في صورة ورقة تم التقاطها بواسطة المجهر. للتحايل على هذه القيود ، تم تطوير طرق مختلفة لتسهيل القياس الكمي لفتحة الثغور في Arabidopsis thaliana ، وهو نبات نموذجي يستخدم على نطاق واسع لدراسة بيولوجيا الثغور1،2،3،4،5،6. على سبيل المثال، يمكن استخدام البورومتر لقياس معدل النتح باعتباره مقياسا للتوصيل الثغري. ومع ذلك ، لا توفر هذه الطريقة معلومات مباشرة عن عدد الثغور والفتحة التي تحدد التوصيل الثغري. استخدمت بعض الدراسات تقنيات الفحص المجهري متحد البؤر التي تسلط الضوء على مسام الثغور باستخدام علامة الأكتين الفلورية أو صبغة الفلورسنت أو التألق الذاتيلجدار الخلية 1،2،3،4،5. في حين أن هذه الأساليب تسهل الكشف عن الثغور ، فإن تكلفة كل من تشغيل مرفق الفحص المجهري متحد البؤر وإعداد عينات الفحص المجهري يمكن أن تكون عقبة أمام التطبيق الروتيني. في عمل رائد قام به Sai et al. ، تم تطوير نموذج شبكة عصبية عميقة لقياس فتحة الثغور تلقائيا من الصور المجهرية ذات المجال الساطع لتقشير البشرة A. thaliana 6. ومع ذلك ، فإن هذا الابتكار لا يعفي الباحثين من مهمة إعداد قشر البشرة للمراقبة المجهرية. في الآونة الأخيرة ، تم التغلب على هذه العقبة من خلال تطوير جهاز تصوير محمول يمكنه مراقبة الثغور عن طريق قرص ورقة من A. thaliana ، جنبا إلى جنب مع خط أنابيب تحليل الصور القائم على التعلم العميق الذي يقيس تلقائيا فتحة الثغور من صور الأوراق التي تم التقاطها بواسطة الجهاز7.
تساهم الثغور في المناعة الفطرية للنبات ضد مسببات الأمراض البكتيرية. مفتاح هذه الاستجابة المناعية هو إغلاق الثغور الذي يقيد دخول البكتيريا من خلال المسام المجهرية إلى داخل الورقة ، حيث تتكاثر مسببات الأمراض البكتيرية وتسبب الأمراض8. يحدث إغلاق الثغور عند التعرف على الأنماط الجزيئية المرتبطة بالميكروبات (MAMPs) ، وهي جزيئات مناعية غالبا ما تكون شائعة في فئة من الميكروبات ، بواسطة مستقبلات التعرف على الأنماط الموضعية بغشاء البلازما (PRRs) 9. حاتمة 22 من الأحماض الأمينية من السوط البكتيري المعروف باسم flg22 هو MAMP نموذجي يحفز إغلاق الثغور من خلال التعرف عليه من قبل PRR FLS210. كإجراء مضاد ، مسببات الأمراض البكتيرية مثل Pseudomonas syringae pv. طماطم DC3000 (Pto) و Xanthomonas campestris الكهروضوئية. طورت الحويصلة آليات الفوعة لإعادة فتح الثغور9،11،12. تم تحليل استجابات الثغور هذه لمسببات الأمراض البكتيرية بشكل تقليدي في المقايسات التي يتم فيها تعويم قشور البشرة أو أقراص الأوراق أو الأوراق المنفصلة على معلق بكتيري ، ثم يتم ملاحظة الثغور تحت المجهر متبوعا بالقياس اليدوي لفتحة الثغور. ومع ذلك ، فإن هذه المقايسات مرهقة وقد لا تعكس استجابات الثغور للغزو البكتيري الطبيعي الذي يحدث في ورقة متصلة بالنبات.
هنا ، يتم تقديم طريقة بسيطة للتحقيق في إغلاق الثغور وإعادة فتحها أثناء غزو Pto في ظل حالة تحاكي عن كثب التفاعل الطبيعي بين النباتات والبكتيريا. تستفيد هذه الطريقة من جهاز التصوير المحمول للمراقبة المباشرة لثغور A. thaliana على ورقة متصلة بالنبات الملقح ب Pto ، جنبا إلى جنب مع خط أنابيب تحليل الصور للقياس الآلي لفتحة الثغور.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Agar</td>
			<td>Nakarai tesque</td>
			<td>01028-85</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Airbrush kits</td>
			<td>ANEST IWATA</td>
			<td>MX2900</td>
			<td>Accessory kits for SPRINT JET</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biotron</td>
			<td>Nippon Medical &#38; Chemical Instruments</td>
			<td>LPH-411S</td>
			<td>Plant Growth Chamber with white fluorescent light</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycerol</td>
			<td>Wako</td>
			<td>072-00626</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Half tray</td>
			<td>Sakata</td>
			<td>72000113</td>
			<td>A set of tray and lid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hyponex</td>
			<td>Hyponex</td>
			<td>No catalogue number available</td>
			<td>Dilute the solution of Hyponex at a ratio of 1:2000 in deionized water for watering plants</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Image J</td>
			<td>Natinal Institute of Health</td>
			<td>Download at https://imagej.nih.gov/ij/download.html</td>
			<td>Used for manual measurement of stomatal aperture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>K2HPO4</td>
			<td>Wako</td>
			<td>164-04295</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KCl</td>
			<td>Wako</td>
			<td>163-03545</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KOH</td>
			<td>Wako</td>
			<td>168-21815</td>
			<td>For MES-KOH</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MES</td>
			<td>Wako</td>
			<td>343-01621</td>
			<td>For MES-KOH</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Portable stomatal imaging device</td>
			<td>Phytometrics</td>
			<td>Order at https://www.phytometrics.jp/</td>
			<td>Takagi et al.(2023) doi: 10.1093/pcp/pcad018.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rifampicin</td>
			<td>Wako</td>
			<td>185-01003</td>
			<td>Dissolve in DMSO</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silwet-L77</td>
			<td>Bio medical science</td>
			<td>BMS-SL7755</td>
			<td>silicone surfactant used in spray inoculation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SPRINT JET</td>
			<td>ANEST IWATA</td>
			<td>IS-800</td>
			<td>Airbrush used for spray inoculation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SuperMix A</td>
			<td>Sakata seed</td>
			<td>72000083</td>
			<td>Mix with Vermiculite G20 in equal proportions for preparing soil</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tryptone</td>
			<td>Nakarai tesque</td>
			<td>35640-95</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vermiculite G20</td>
			<td>Nittai</td>
			<td>No catalogue number available</td>
			<td>Mix with Super Mix A in equal proportions for preparing soil</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>White fluorescent light</td>
			<td>NEC</td>
			<td>FHF32EX-N-HX-S</td>
			<td>Used for Biotron</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

direct observation and automated measurement of stomatal responses to pseudomonas syringae pv. tomato dc3000 in arabidopsis thaliana

الثغور هي مسام مجهرية توجد في بشرة أوراق النبات. يعد تنظيم فتحة الثغور أمرا محوريا ليس فقط لموازنة امتصاص ثاني أكسيد الكربون لعملية التمثيل الضوئي وفقدان الماء الناتج عن النتح ولكن أيضا للحد من الغزو البكتيري. بينما تغلق النباتات الثغور عند التعرف على الميكروبات ، فإن البكتيريا المسببة للأمراض ، مثل Pseudomonas syringae pv. طماطم DC3000 (Pto) ، أعد فتح الثغور المغلقة للوصول إلى داخل الورقة. في المقايسات التقليدية لتقييم استجابات الثغور للغزو البكتيري ، يتم تعويم قشور البشرة الورقية أو أقراص الأوراق أو الأوراق المنفصلة على تعليق بكتيري ، ثم يتم ملاحظة الثغور تحت المجهر متبوعا بالقياس اليدوي لفتحة الثغور. ومع ذلك ، فإن هذه المقايسات مرهقة وقد لا تعكس استجابات الثغور للغزو البكتيري الطبيعي في ورقة متصلة بالنبات. في الآونة الأخيرة ، تم تطوير جهاز تصوير محمول يمكنه مراقبة الثغور عن طريق قرص ورقة دون فصلها عن النبات ، جنبا إلى جنب مع خط أنابيب تحليل الصور القائم على التعلم العميق المصمم لقياس فتحة الثغور تلقائيا من صور الأوراق التي يلتقطها الجهاز. هنا ، بناء على هذه التطورات التقنية ، يتم تقديم طريقة جديدة لتقييم استجابات الثغور للغزو البكتيري في Arabidopsis thaliana . تتكون هذه الطريقة من ثلاث خطوات بسيطة: التلقيح بالرش ل Pto الذي يحاكي عمليات العدوى الطبيعية ، والمراقبة المباشرة للثغور على ورقة النبات الملقح ب Pto باستخدام جهاز التصوير المحمول ، والقياس الآلي لفتحة الثغور بواسطة خط أنابيب تحليل الصور. تم استخدام هذه الطريقة بنجاح لإثبات إغلاق الثغور وإعادة فتحها أثناء غزو Pto في ظل ظروف تحاكي عن كثب التفاعل الطبيعي بين النبات والبكتيريا.

Stomata are microscopic pores surrounded by a pair of guard cells on the surface of leaves and other aerial parts of plants. Under ever-changing environments, regulation of the stomatal aperture is central for plants to control the carbon dioxide uptake required for photosynthesis at the expense of water loss via transpiration. Thus, quantification of the stomatal aperture has been instrumental to understanding plant environmental adaptation. However, quantifying the stomatal aperture is inherently time-consuming and cumbersome as it requires human labor to spot and measure stomatal pores in a leaf image captured by a microscope. To circumvent these limitations, various methods have been developed to facilitate the quantification of stomatal aperture in Arabidopsis thaliana, a model plant extensively used to study stomatal biology1,2,3,4,5,6. For instance, a porometer can be used to measure transpiration rate as a metric of stomatal conductance. However, this method does not provide direct information on the stomatal number and aperture that determine stomatal conductance. Some studies have used confocal microscopy techniques highlighting stomatal pores using a fluorescent actin marker, a fluorescent dye, or cell wall autofluorescence1,2,3,4,5. While these approaches facilitate the detection of stomata, the cost of both operating a confocal microscopy facility and preparing microscopy samples can be an obstacle to routine application. In a ground-breaking work by Sai et al., a deep neural network model was developed to automatically measure stomatal aperture from bright-field microscopic images of A. thaliana epidermal peels6. Yet, this innovation does not exempt researchers from the task of preparing an epidermal peel for microscopic observation. Recently, this obstacle was overcome by developing a portable imaging device that can observe stomata by pinching a leaf of A. thaliana, together with a deep learning-based image analysis pipeline that automatically measures stomatal aperture from leaf images captured by the device7.
Stomata contribute to plant innate immunity against bacterial pathogens. The key to this immune response is stomatal closure that restricts bacterial entry through the microscopic pore into the leaf interior, where bacterial pathogens proliferate and cause diseases8. Stomatal closure is induced upon recognition of microbe-associated molecular patterns (MAMPs), immunogenic molecules that are often common to a class of microbes, by plasma membrane-localized pattern recognition receptors (PRRs)9. A 22 amino acid epitope of bacterial flagellin known as flg22 is a typical MAMP that induces stomatal closure through its recognition by the PRR FLS210. As a countermeasure, bacterial pathogens such as Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (Pto) and Xanthomonas campestris pv. vesicatoria have evolved virulence mechanisms to reopen stomata9,11,12. These stomatal responses to bacterial pathogens have been conventionally analyzed in assays in which either leaf epidermal peels, leaf discs, or detached leaves are floated on bacterial suspension, and then stomata are observed under a microscope followed by manual measurement of stomatal aperture. However, these assays are cumbersome and may not reflect stomatal responses to natural bacterial invasion that occur in a leaf attached to the plant.
Here, a simple method is presented to investigate stomatal closure and reopening during Pto invasion under the condition that closely mimics the natural plant-bacteria interaction. This method leverages the portable imaging device for direct observation of A. thaliana stomata on a leaf attached to the plant inoculated with Pto, together with the image analysis pipeline for automated measurement of stomatal aperture.

تسليط الضوء على المؤلف: تطوير أبحاث الثغور باستخدام قياس الفتحة الآلي

الملاحظة المباشرة والقياس الآلي لاستجابات الثغور لحقنة الزائفة الكهروضوئية. طماطم DC3000 في أرابيدوبسيس تاليانا

Plantal stomata play central roles in adaptation to stress conditions, so we need to measure stomata aperture to understand how plants respond to biotic and abiotic stresses. However, stomata aperture measurement is time-consuming and cumbersome. To measure stomata aperture, we peel the epidermis and observe stomata under a microscope.Then we manually measure stomata aperture, which takes a long time even for very experienced researchers. We challenged these barriers and developed a tool and a technique that can automatically measure stomata aperture in intact Arabidopsis leaves. So we strongly believe that stomata measuring device and deep-learning algorithm that we developed will facilitate functional analysis of stomata responses to various biotic and abiotic stresses because these technical advances significantly reduce time and human labor required for stomata aperture measurement.

بعد التلقيح بالرش ل Pto ، تمت ملاحظة الثغور على الأوراق المرتبطة بالنباتات الملقحة مباشرة بواسطة جهاز تصوير الثغور المحمول. باستخدام القياسات اليدوية والآلية ، تم استخدام نفس صور الأوراق لحساب فتحة الثغور عن طريق أخذ نسب العرض إلى الطول حوالي 60 ثغور. أشارت القياسات اليدوية والآلية با?...

Watch this Scientific Journal Video about Author Spotlight: Advancing Stomatal Research with Automated Aperture Measurement at JoVE.com

نقدم هنا طريقة بسيطة للمراقبة المباشرة والقياس الآلي لاستجابات الثغور للغزو البكتيري في Arabidopsis thaliana. تستفيد هذه الطريقة من جهاز تصوير الفم المحمول ، جنبا إلى جنب مع خط أنابيب تحليل الصور المصمم لصور الأوراق التي يلتقطها الجهاز.

Stomata are microscopic pores found in the plant leaf epidermis. Regulation of stomatal aperture is pivotal not only for balancing carbon dioxide uptake ...

تلعب الثغور النباتية أدوارا مركزية في التكيف مع ظروف الإجهاد؛ لذا نحتاج إلى قياس فتحة الثغور لفهم كيفية استجابة النباتات للضغوط الحيوية واللاأحيائية. ومع ذلك ، فإن قياس فتحة الثغور يستغرق وقتا طويلا ومرهقا. لقياس فتحة الثغور ، نقشر البشرة ونلاحظ الثغور تحت المجهر.ثم نقيس فتحة الثغور يدويا ، الأمر الذي يستغرق وقتا طويلا حتى بالنسبة للباحثين ذوي الخبرة العالية. لقد تحدينا هذه الحواجز وطورنا أداة وتقنية يمكنها قياس فتحة الثغور تلقائيا في أوراق أرابيدوبسيس السليمة. لذلك نعتقد اعتقادا راسخا أن جهاز قياس الثغور وخوارزمية التعلم العميق التي طورناها ستسهل التحليل الوظيفي لاستجابات الثغور لمختلف الضغوط الحيوية وغير الحيوية لأن هذه التطورات التقنية تقلل بشكل كبير من الوقت والعمالة البشرية اللازمة لقياس فتحة الثغور.

direct-observation-automated-measurement-stomatal-responses-to

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

Direct Observation and Automated Measurement of Stomatal Responses to Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 in Arabidopsis thaliana

Stomata are microscopic pores found in the plant leaf epidermis. Regulation of stomatal aperture is pivotal not only for balancing carbon dioxide uptake for photosynthesis and transpirational water loss but also for restricting bacterial invasion. While plants close stomata upon recognition of microbes, pathogenic bacteria, such as Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (Pto), reopen the closed stomata to gain access into the leaf interior. In conventional assays for assessing stomatal responses to bacterial invasion, leaf epidermal peels, leaf discs, or detached leaves are floated on bacterial suspension, and then stomata are observed under a microscope followed by manual measurement of stomatal aperture. However, these assays are cumbersome and may not reflect stomatal responses to natural bacterial invasion in a leaf attached to the plant. Recently, a portable imaging device was developed that can observe stomata by pinching a leaf without detaching it from the plant, together with a deep learning-based image analysis pipeline designed to automatically measure stomatal aperture from leaf images captured by the device. Here, building on these technical advances, a new method to assess stomatal responses to bacterial invasion in Arabidopsis thaliana is introduced. This method consists of three simple steps: spray inoculation of Pto mimicking natural infection processes, direct observation of stomata on a leaf of the Pto-inoculated plant using the portable imaging device, and automated measurement of stomatal aperture by the image analysis pipeline. This method was successfully used to demonstrate stomatal closure and reopening during Pto invasion under conditions that closely mimic the natural plant-bacteria interaction.

Here, we present a simple method for direct observation and automated measurement of stomatal responses to bacterial invasion in Arabidopsis thaliana. This method leverages a portable stomatal imaging device, together with an image analysis pipeline designed for leaf images captured by the device.

Induction of Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 Infection in Arabidopsis thaliana for Automated Stomatal Response Measurement

تحريض الزائفة حقنة الكهروضوئية. طماطم عدوى DC3000 في أرابيدوبسيس ثاليانا لقياس استجابة الثغور الآلي

Automated Measurement of Stomatal Response in Arabidopsis thaliana in Response to Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 Infection