그들의 도움과 유용한 토론에 대해 Brian Weselowski와 Alexander W. Eastman에게 감사드립니다. 우리는 또한 Drs. Eugene W. Nester, Lingrui Zhang, Haitao Shen, Yuhai Cui, Greg Thorn의 도움을 받았고 유용한 토론과 원고를 읽었습니다. 이 연구는 농업 및 농업 식품 캐나다 (Agriculture and Agri-Food Canada), Growing Forward-AgriFlex (RBPI 번호 2555) 및 Growing Forward II 프로젝트 번호 1670의 자금 지원을 받아 작성되었습니다. 이 연구는 또한 ZC Yuan에게 수여 된 캐나다 자연 과학 및 공학 연구 협의회 (NSERC) 디스커버리 그랜트 RGPIN-2015-06052에 의해 부분적으로 지원되었습니다.

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뿌리 분비의 점진적인 특성을 감안할 때, planta에서 생산 된 독성 유발 화학 물질의 농도와 역동적 인 식물 - 미생물 상호 작용에 미치는 영향은 공간적 및 시간적 변화에 따라 발생합니다. 이 수경 재성 공동 재배 시스템에는 미생물 독성이나 식물 방어를 유도하는 합성 식물 호르몬이나 화학 물질이 보충되지 않습니다. 대조적으로, 종래의 접근법을 사용하여, 아세토 독 온온 (acetosyr...

식물과 관련된 미생물은 생물 지구 화학적 순환, 생물학적 복원, 기후 변화 완화, 식물 성장 및 건강, 생물학적 및 비 생물 적 스트레스에 대한 식물 내성에 중요한 역할을한다. 미생물은 식물 세포 벽 접촉을 통해 간접적으로 화학 분비 및 신호 1 , 2 , 3을 통해 식물과 상호 작용합니다. 침착성 유기체로서 식물은 병원균에 의한 감염을 막기위한 직접 및 간접적 인 기작을 개발해 왔습니다. 직접 방어에는 구조적 방어와 방어 단백질의 발현이 포함되지만 간접 방어에는 2 차 식물 대사 산물 생성 및 침입 병원체에 대항하는 유기체의 인력이 포함됩니다 4 , 5 . 식물에서 추출한 뿌리 삼출물, 분비물, 점액, 점액 및 용 해물은 rhizosphere의 물리 화학적 성질을 변화시켜 끌어들이거나 밀어 낸다.그들의 숙주에 대한 미생물 6 . 뿌리 분비물의 화학적 조성은 종 특이 적이며, 이로 인해 rhizosphere에서 이러한 화합물을 인식 할 수있는 특정 미생물을 허용하는 선택 필터 역할을합니다 6 . 따라서, 호환 가능한 미생물 종은 자극되어 식물 숙주 1 의 이익 또는 손상에 대한 그들의 결합을 활성화시키고 향상시킬 수있다. 근권에서 식물 - 미생물 상호 작용을 이해하는 것은 미생물 및 화학 물질 노출의 대부분이 뿌리 구조와 토양 - 공기 경계 2 , 6 , 7 , 8 에서 발생하기 때문에 식물 생산성과 생태계 기능을 향상시키는 데 중요합니다. 그러나 지하 식물의 미생물 상호 작용과 상호 반응에 대한 조사는 흥미롭게도<html> 복잡하고 역동적 인 성질 및 단단히 조절 가능한 성장 조건 하에서의 천연 뿌리 구조 및 식물 형태와 적합한 실험 모델의 결여. 가장 많이 연구 phytopathogens 중 하나 인 아그로 박테 리움 체리, 사과, 배, 포도를 포함한 농업과 원예 중요성, 식물의 넓은 범위를 감염, 9 상승했다. 아그로 박테리아 는 식물 - 병원체 상호 작용을 이해하는 중요한 모델 유기체이며 식물 형질 전환 및 식물 공학 10 , 11 , 12 , 13 , 14 에서 강력한 도구입니다. 분자 공장 - 아그로 박테 리움 상호 작용은 물론, 수십 년 동안 연구 및 아그로 박테 리움의 병원성의 현재 이해는 9 광범위 한F &quot;&gt; 11, 15, 16. 아그로 병원성은 대부분 17 센싱 그 독성 프로그램 및 세포 간 통신의 미세 조정의 결과, 식물 유래의 신호를 지각의 발전 능력에 소위 정수를 때문이다. 아그로 박테 리움 독성 프로그램은 rhizosphere에서 이용 가능한 몇 가지 신호에 의해 조절되며 ChvG / I 시스템과 VirA / G 시스템의 2 가지 세트로 구성된다. rhizosphere의 산성 조건은 chvG / I , virA / G 의 전사를 활성화시킨다 , virE0 , virE1 , virH1 , virH2 및 VI 형 분비 시스템 (T6SS) 18의 유전자를 포함한 Agrobacterium 병원성에 관여하는 여러 다른 유전자를 포함한다. 아세토 오손 (acetosyringone) (4&#39;- 히드 록시 -3 &#39;, 5 &#39;- 디메 톡시 아세토 페논), V인산화 신호 전달 메커니즘을 통한 irA / G 2- 성분 시스템 19 . VirA / G는 전체 vir 레 귤론을 활성화시켜 종양 유도 (Ti) 플라스미드에서 전사 핵 (T-DNA)으로 알려진 ~ 20kb의 박테리아 DNA 조각을 식물 핵 16 으로 옮기고 통합시킵니다. T-DNA는 식물 호르몬 인 indole -3-acetic acid (IAA) ( iaaM 과 iaaH )와 cytokinin ( ipt )의 합성에 관여하는 유전자를 가지고 있으며 일단 식물 세포에서 발현되면 많은 양의 식물 호르몬이 생산됩니다. 이것은 비정상적인 조직 증식과 식물 종양 발달을 일으키는데 이는 크라운 담즙병 (crown gall disease)으로 알려져 있으며 이는 식물 9 , 11 , 20 의 만성적이고 재발적인 문제입니다. IAA는 아그로 독성을 억제하거나 감소 Agrobacteriu 살리실산 및 감마 - 아미노 부티르산으로 집단적 행동<html> m 쿼럼 감지 (QS) ( 17 , 21 , 22) . 이 억압 카운터, T-DNA는 아그로 병원성을 촉진 아그로 정수 감지를 활성화하고, 또한 병원체 22, 23 영양원 역할 의견을 갖다 생합성을위한 유전자를 운반한다. 아그로 박테 리움 - 식물 간 상호 작용에 대한 전반적인 깊은 이해와 식물 숙주로의 T-DNA 전달로 인해 초기 상호 작용에서 복잡한 신호 전달 사건이 덜 잘 이해된다. 이것은 Agrobacterium -plant signaling을 조사하기위한 기존의 접근법의 한계로 인해 부분적으로 발생합니다. 식물 세포 현탁 배양 및 인공 사이트 별 상처는 일반적으로 분자 식물 - 미생물 상호 작용 (24)을 연구하는 데 사용됩니다. EF &quot;&gt; (26), (27)는 그러나, 세포 현탁액은 일반적인 식물의 형태를 부족, 특히 식물 서스펜션 세포가 미생물 화성 및 독성 (28), (29) 활성화를위한 매우 중요한 루트 구조와 뿌리 삼출물을하지 않아도 식물 형태의 유지 보수. 루트 구조는 직접 감염된 식물 조직 (30), (31)에 의한 식물 방어 관련 유전자의 검출 결과, 사이트 별 감염을 용이하게 인위적으로 상처를 입는 식물에 의해 해결되었습니다. 그러나, 인공 상처는 자연의 병원균 감염 큰 차이가 특히 상처가 자스몬 산 (JA) 축적을 유도하여 천연 식물 신호 전달 및 방어를 체계적으로 방해한다 .26 또한 합성 화학 물질은 인공적으로 식물 숙주 반응을 유도하는데 사용된다또는 병원체 독성. 란타에서의 반사 농도와 같은 화학 물질의 보충이 가능하지만, 이러한 보충 서서히 미생물 (28), (32)에 의해 감지 화성 구배를 생성 주변 근권로 루트 배설물의 확산을 고려하지 않는다. 식물 - 미생물 상호 작용, 정확성과 방해하고 제한 될 수 얻은 데이터의 깊이, 그리고 란타에서 직접 번역하지 않을 수 있습니다 기존의 접근 방식에서 생성 된 지식을 연구하는 기존의 접근 방식의 한계를 감안할 때. 식물 - 아그로 박테 리움 신호 전달의 많은 양상은 아직 완전히 이해되지 않았는데, 특히 질병 증상이 아직 나타나지 않은 초기 상호 작용 단계에서 그렇다. 종래의 접근법의 한계를 수정하기 위해,이 연구는 저렴하고, 단단히 조절 가능하며, 유연한 수경 첨가제 인 c연구원이 분자 식물 - 미생물 상호 작용의 초기 단계에서 복잡한 신호 전달 및 반응 경로에 대한 더 깊은 통찰력을 얻을 수 있도록하는 시스템입니다. 수경법은 식물 영양소, 뿌리 삼출물, 성장 조건 및 식물에 금속 독성의 영향을 연구하기 위해 널리 사용되었습니다 33 , 34 . 작은 공간 요구 사항, 다양한 식물 조직의 접근 가능성, 영양 / 환경 조건의 엄격한 제어 및 해충 / 질병 통제를 포함하여 수경법 모델의 몇 가지 장점이 있습니다. 수경 시스템은 한천 / 피토 아르 (phytoagar) 도금 기술과 비교하여 식물 생장을 제한하지 않으며, 2-3 주 후에 성장을 제한합니다. 중요한 것은, 전체 공장 구조의 유지 보수는 미생물 화성 및 독성 유도 (8), (29)에 필요한 천연 루트 분비를 촉진한다. 시스템 설명여기 침대는 대안 33 , 34 보다 간단하고 노동 집약적입니다. 더 적은 부품을 사용하고 표준 가위 이외의 도구를 필요로하지 않습니다. 이 제품은 식물 성장에 대한 강력한 지지제이자 미생물 성장을 지원하기위한 흔들림을 통한 멸균 조건 하에서의 단순 통기 방법 인 금속 망 (나일론 33 과 대조적으로)을 사용합니다. 또한이 시스템은 뿌리의 너비를 제한하지 않으면 서 다양한 식물 종을 수용 할 수있는 식물 성장을 지원하기 위해 다양한 크기의 금속 망을 사용할 수 있습니다. 여기에 제시된 수경 공동 배양 시스템에서, 식물은 접종 된 박테리아의 성장을지지하는 유기 화합물을 식물 뿌리가 분비하는 무균 수경계에서 재배된다. 이 공동 배양 시스템에서는 식물 세포 내 호르몬, 방어력 유발 물질 또는 독성 유발 화학 물질과 같은 인공 화학 물질이 보완되지 않으며 자연 세포를 반영합니다식물 - 미생물 상호 작용 동안 신호 항상성. 이 수경 공동 배양 시스템에 의해, 동시에 유전자를 아그로 박테 리움에 의한 감염에 따라 애기 장대 골-0 뿌리 조직에서의 발현뿐만 아니라, 애기 장대와 공동 배양시 아그로 유전자의 활성을 결정할 수 있었다. 이 시스템은 아그로 박테 리움 ( Agrobacterium )과 동시 배양 (감염)시 식물 뿌리의 분비 프로파일뿐 아니라 식물 뿌리에 대한 아그로 박테 리움의 부착을 연구하는데 적합하다는 것이 추가로 증명되었다 ( 그림 1 ). <img alt="그림 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55955/55955fig1.jpg" /> 그림 1 : 샘플 분석과 함께 수경 공동 배양 시스템의 개요. 식물은 메쉬 (메쉬 위의 ​​싹)의 꼭대기에서 자랍니다. 수경 재배액에 담근 다음 뿌리를 수경 재배 배지에 넣고 박테리아 f또는 공동 배양. 식물 조직과 박테리아는 동시에 추출 및 분석을 위해 분리됩니다. 이 수치는 참고 35 에서 수정되었습니다.

<table><tbody><tr><td>plant seeds (Arabidopsis thaliana Col-0)</td><td>Arabidopsis Biological Resource Centre</td><td>CS7000</td><td>https://abrc.osu.edu/order-stocks</td></tr><tr><td>bacteria (Agrobacterium tumefaciens C58)</td><td>University of Washington</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>labeled bacteria</td><td>in-house</td><td></td><td>optional, depends on downstream analyses</td></tr><tr><td>vortex</td><td>(various)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>microcentrifuge tubes</td><td>(various)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>microcentrifuge</td><td>(various)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>5% sodium hypochlorite</td><td>(various)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>double distilled water</td><td>(various)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>autoclave</td><td>(various)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>micropipette&amp;nbsp;</td><td>(various)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>70% ethanol</td><td>(various)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Murashige and Skoog (MS) basal salts</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M5524</td><td></td></tr><tr><td>sucrose</td><td>(various)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MES</td><td>(various)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>B5 vitamin mix</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G1019</td><td></td></tr><tr><td>phytoagar</td><td>(various)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Deep Petri dishes</td><td>(various)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>stainless steel mesh</td><td>Ferrier Wire Goods Company Ltd</td><td>N/A</td><td>grade: 304; mesh count: 40 &amp;times; 40; wire DIA: 0.01</td></tr><tr><td>micropore tape, 1&quot;</td><td>3M</td><td>1530-1</td><td></td></tr><tr><td>diurnal growth chamber</td><td>(various)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>cylindrical glass tanks, 100 &amp;times; 80 mm&amp;nbsp;</td><td>Pyrex</td><td>3250</td><td>other sizes can be used, in which case liquid content may need adjustment</td></tr><tr><td>flow hood</td><td>(various)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>forcepts</td><td>(various)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>yeast extract</td><td>(various)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>tryptone</td><td>(various)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MgSO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;</td><td>(various)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>shaking incubator</td><td>(various)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>spectrophotometer</td><td>(various)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>NaCl</td><td>(various)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>shaker</td><td>(various)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>scissors</td><td>(various)</td><td></td><td>optional, depends on downstream analyses</td></tr><tr><td>fluorescence microscope</td><td>(various)</td><td></td><td>optional, depends on downstream analyses</td></tr><tr><td>microscope slides and cover slips</td><td>(various)</td><td></td><td>optional, depends on downstream analyses</td></tr><tr><td>nail polish</td><td>(various)</td><td></td><td>optional, depends on downstream analyses</td></tr><tr><td>Bacterial RNA extraction kit</td><td>(various)</td><td></td><td>optional, depends on downstream analyses</td></tr><tr><td>plant RNA extraction kit (RNeasy Plant Mini Kit)</td><td>Qiagen</td><td>74903 or 74904</td><td>optional, depends on downstream analyses</td></tr><tr><td>material and equipment for qRT-PCR</td><td>(various)</td><td></td><td>optional, depends on downstream analyses</td></tr><tr><td>material and equipment for microarray analysis</td><td>(various)</td><td></td><td>optional, depends on downstream analyses</td></tr><tr><td>liquid nitrogen</td><td>(various)</td><td></td><td>optional, depends on downstream analyses</td></tr><tr><td>mortar and pestle</td><td>(various)</td><td></td><td>optional, depends on downstream analyses</td></tr><tr><td>0.2 &amp;micro;m pore filter</td><td>(various)</td><td></td><td>optional, depends on downstream analyses</td></tr><tr><td>50 mL conical tubes</td><td>(various)</td><td></td><td>optional, depends on downstream analyses</td></tr><tr><td>freeze dryer</td><td>(various)</td><td></td><td>optional, depends on downstream analyses</td></tr><tr><td>sealable test tubes</td><td>(various)</td><td></td><td>optional, depends on downstream analyses</td></tr><tr><td>ethyl acetate</td><td>(various)</td><td></td><td>optional, depends on downstream analyses</td></tr><tr><td>nitrogen gas</td><td>(various)</td><td></td><td>optional, depends on downstream analyses</td></tr><tr><td>material and equipment for HPLC</td><td>(various)</td><td></td><td>optional, depends on downstream analyses</td></tr><tr><td>material and equipment for ESI-TOF-MS</td><td>(various)</td><td></td><td>optional, depends on downstream analyses</td></tr></tbody></table>

a hydroponic co-cultivation system for simultaneous and systematic analysis of plant/microbe molecular interactions and signaling

복잡한 식물 - 미생물 신호 처리 과정을 묘사하기 위해서는 자연 식물 - 미생물 상호 작용을 모방 한 실험 설계가 매우 중요합니다. 애기 장대 - Agrobacterium tumefaciens 박테리아의 병인 및 식물 상호 작용을 연구하기위한 우수한 모델 시스템을 제공합니다. 식물 - 아그로 박테 리움 상호 작용에 대한 이전의 연구는 주로 식물 세포 현탁 배양, 식물의 인공 상처 또는 합성 화학 물질에 의한 미생물 독성 인자 또는 식물 방제 의 인공 유도에 크게 의존해왔다. 그러나 이러한 방법은 식물과 미생물이 공간적, 시간적 방식으로인지하고 반응하는 식물의 자연 신호 와 구별된다. 이 작품은 손상되지 않은 식물이 금속 메쉬 스크린에 의해지지되고 아그로 박테 리움 과 함께 배양되는 수경 공동 배양 시스템을 제시합니다. 이 공동 배양 시스템에서, 합성 피토 호르몬 또는 micr을 유도하는 화학 물질obial 독성 또는 식물 방어는 보충된다. hydroponic cocultivation 시스템 은 planta의 자연 식물 - 미생물 상호 작용 및 신호 항상성과 매우 유사합니다. 식물 뿌리는 아그로 박테 리움을 함유하는 배지로부터 분리 될 수 있고, 식물 숙주와 상호 작용하는 미생물의 신호 및 반응은 동시에 체계적으로 조사 될 수있다. 특정 시점 / 간격에서, 식물 조직 또는 박테리아는 다양한 &quot;omics&quot;분석을 위해 별도로 수확 될 수있어이 시스템의 효능과 효과를 입증합니다. 수경 공동 배양 시스템은 1) 다양한 식물 미생물 시스템의 상호 신호 전달, 2) 식물 숙주와 여러 미생물 종 ( 예 : 미생물 협회 또는 미생물) 간의 신호 전달, 3) 영양소와 화학 물질의 관련성 연구 4) 미생물이 식물 숙주와 어떻게 상호 작용하고 생물학적 인 o에 대한 식물 내성에 기여하는지r 비 생물 적 스트레스.

수경 재배 동시 재배 시스템의 성장 A. tumefaciens C58의 성장 곡선은 초기 16 시간의 동시 배양에서 유의 한 지연 단계를 나타내었고, A. thaliana Col-0과 공동 재배 할 때 매우 안정한 성장을 보였으며, 최대 OD 600 은 48 h postinoculation. 대조적으로 A. thaliana가 없는 대조 배양에서는 본질적으로 박테리아 성장이...

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A Hydroponic Co-cultivation System for Simultaneous and Systematic Analysis of Plant/Microbe Molecular Interactions and Signaling

기술 된 수경 공동 배양 시스템은 금속 메쉬 스크린이있는 온전한 식물을지지하고 박테리아와 함께 배양한다. 식물 조직, 박테리아 및 분비 된 분자는 하류 분석을 위해 따로 따로 수확 할 수 있으며 동시에 식물 숙주와 상호 작용하는 미생물 또는 미생물의 분자 반응을 조사 할 수 있습니다.

식물 / 미생물 분자 상호 작용 및 신호의 동시 및 체계적 분석을위한 수경 공동 공동 배양 시스템

An experimental design mimicking natural plant-microbe interactions is very important to delineate the complex plant-microbe signaling processes. ...

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14.0K 조회수.  Agriculture & Agri-Food Canada.  기술 된 수경 공동 배양 시스템은 금속 메쉬 스크린이있는 온전한 식물을지지하고 박테리아와 함께 배양한다. 식물 조직, 박테리아 및 분비 된 분자는 하류 분석을 위해 따로 따로 수확 할 수 있으며 동시에 식물 숙주와 상호 작용하는 미생물 또는 미생물의 분자 반응을 조사 할 수 있습니다. 

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Ecosystem Fabrication (EcoFAB) Protocols for The Construction of Laboratory Ecosystems Designed to Study Plant-microbe Interactions

Beneficial plant-microbe interactions offer a sustainable biological solution with the potential to boost low-input food and bioenergy production. A better mechanistic understanding of these complex plant-microbe interactions will be crucial to improving plant production as well as performing basic ecological studies investigating plant-soil-microbe interactions. Here, a detailed description for ecosystem fabrication is presented, using widely available 3D printing technologies, to create controlled laboratory habitats (EcoFABs) for mechanistic studies of plant-microbe interactions within specific environmental conditions. Two sizes of EcoFABs are described that are suited for the investigation of microbial interactions with various plant species, including Arabidopsis thaliana, Brachypodium distachyon, and Panicum virgatum. These flow-through devices allow for controlled manipulation and sampling of root microbiomes, root chemistry as well as imaging of root morphology and microbial localization. This protocol includes the details for maintaining sterile conditions inside EcoFABs and mounting independent LED light systems onto EcoFABs. Detailed methods for addition of different forms of media, including soils, sand, and liquid growth media coupled to the characterization of these systems using imaging and metabolomics are described. Together, these systems enable dynamic and detailed investigation of plant and plant-microbial consortia including the manipulation of microbiome composition (including mutants), the monitoring of plant growth, root morphology, exudate composition, and microbial localization under controlled environmental conditions. We anticipate that these detailed protocols will serve as an important starting point for other researchers, ideally helping create standardized experimental systems for investigating plant-microbe interactions.

Ecosystem Fabrication EcoFAB Protocols for The Construction of Laboratory Ecosystems Designed to Study Plant-microbe Interactions

This article describes detailed protocols for ecosystem fabrication of devices (EcoFABs) that enable the studies of plants and plant-microbe interactions in highly controlled laboratory conditions.

식물-미생물 상호작용 연구 위한 실험실 생태계의 건설에 대 한 생태계 제조 (EcoFAB) 프로토콜

Beneficial plant-microbe interactions offer a sustainable biological solution with the potential to boost low-input food and bioenergy production. A ...

연구

환경과학

A Flexible Low Cost Hydroponic System for Assessing Plant Responses to Small Molecules in Sterile Conditions

A wide range of studies in plant biology are performed using hydroponic cultures. In this work, an in vitro hydroponic growth system designed for assessing plant responses to chemicals and other substances of interest is presented. This system is highly efficient in obtaining homogeneous and healthy seedlings of the C3 and C4 model species Arabidopsis thaliana and Setaria viridis, respectively. The sterile cultivation avoids algae and microorganism contamination, which are known limiting factors for plant normal growth and development in hydroponics. In addition, this system is scalable, enabling the harvest of plant material on a large scale with minor mechanical damage, as well as the harvest of individual parts of a plant if desired. A detailed protocol demonstrating that this system has an easy and low-cost assembly, as it uses pipette racks as the main platform for growing plants, is provided. The feasibility of this system was validated using Arabidopsis seedlings to assess the effect of the drug AZD-8055, a chemical inhibitor of the target of rapamycin (TOR) kinase. TOR inhibition was efficiently detected as early as 30 min after an AZD-8055 treatment in roots and shoots. Furthermore, AZD-8055-treated plants displayed the expected starch-excess phenotype. We proposed this hydroponic system as an ideal method for plant researchers aiming to monitor the action of plant inducers or inhibitors, as well as to assess metabolic fluxes using isotope-labeling compounds which, in general, requires the use of expensive reagents.

A simple, versatile, and low-cost in vitro hydroponic system was successfully optimized, enabling large-scale experiments under sterile conditions. This system facilitates the application of chemicals in a solution and their efficient absorption by roots for molecular, biochemical, and physiological studies.

유연한 저비용 수경 시스템 살 균 조건에서 작은 분자에 식물 응답을 평가 하기 위한

A wide range of studies in plant biology are performed using hydroponic cultures. In this work, an in vitro hydroponic growth system designed for ...

Investigation of Plant Interactions Across Common Mycorrhizal Networks Using Rotated Cores

Arbuscular mycorrhizal (AM) fungi influence plant mineral nutrient uptake and growth, hence, they have the potential to influence plant interactions. The power of their influence is in extraradical mycelia that spread beyond nutrient depletion zones found near roots to ultimately interconnect individuals within a common mycorrhizal network (CMN). Most experiments, however, have investigated the role of AM fungi in plant interactions by growing plants with versus without mycorrhizal fungi, a method that fails to explicitly address the role of CMNs. Here, we propose a method that manipulates CMNs to investigate their role in plant interactions. Our method uses modified containers with conical bottoms with a nylon mesh and/or hydrophobic material covering slotted openings, 15N fertilizer, and a nutrient-poor interstitial sand. CMNs are left either intact between interacting individuals, severed by rotation of containers, or prevented from forming by a solid barrier. Our findings suggest that rotating containers is sufficient to disrupt CMNs and prevent their effects on plant interactions across CMNs. Our approach is advantageous because it mimics aspects of nature, such as seedlings tapping into already established CMNs and the use of a suite of AM fungi that may provide diverse benefits. Although our experiment is limited to investigating plants at the seedling stage, plant interactions across CMNs can be detected using our approach which therefore can be applied to investigate biological questions about the functioning of CMNs in ecosystems.

Most plants within communities likely are interconnected by arbuscular mycorrhizal (AM) fungi, but mediation of plant interactions by them has been investigated primarily by growing plants with versus without mycorrhizas. We present a method to manipulate common mycorrhizal networks among mycorrhizal plants to investigate their consequences for plant interactions.

회전 된 코어를 사용 하 여 일반적인 Mycorrhizal 네트워크를 통해 상호 작용 식물의 조사

Arbuscular mycorrhizal (AM) fungi influence plant mineral nutrient uptake and growth, hence, they have the potential to influence plant interactions. The ...

A Neuronal and Astrocyte Co-Culture Assay for High Content Analysis of Neurotoxicity

High Content Analysis (HCA) assays combine cells and detection reagents with automated imaging and powerful image analysis algorithms, allowing measurement of multiple cellular phenotypes within a single assay. In this study, we utilized HCA to develop a novel assay for neurotoxicity. Neurotoxicity assessment represents an important part of drug safety evaluation, as well as being a significant focus of environmental protection efforts. Additionally, neurotoxicity is also a well-accepted in vitro marker of the development of neurodegenerative diseases such as Alzheimer's and Parkinson's diseases. Recently, the application of HCA to neuronal screening has been reported. By labeling neuronal cells with &beta;III-tubulin, HCA assays can provide high-throughput, non-subjective, quantitative measurements of parameters such as neuronal number, neurite count and neurite length, all of which can indicate neurotoxic effects. However, the role of astrocytes remains unexplored in these models. Astrocytes have an integral role in the maintenance of central nervous system (CNS) homeostasis, and are associated with both neuroprotection and neurodegradation when they are activated in response to toxic substances or disease states. GFAP is an intermediate filament protein expressed predominantly in the astrocytes of the CNS. Astrocytic activation (gliosis) leads to the upregulation of GFAP, commonly accompanied by astrocyte proliferation and hypertrophy. This process of reactive gliosis has been proposed as an early marker of damage to the nervous system. The traditional method for GFAP quantitation is by immunoassay. This approach is limited by an inability to provide information on cellular localization, morphology and cell number. We determined that HCA could be used to overcome these limitations and to simultaneously measure multiple features associated with gliosis - changes in GFAP expression, astrocyte hypertrophy, and astrocyte proliferation - within a single assay. In co-culture studies, astrocytes have been shown to protect neurons against several types of toxic insult and to critically influence neuronal survival. Recent studies have suggested that the use of astrocytes in an in vitro neurotoxicity test system may prove more relevant to human CNS structure and function than neuronal cells alone. Accordingly, we have developed an HCA assay for co-culture of neurons and astrocytes, comprised of protocols and validated, target-specific detection reagents for profiling &beta;III-tubulin and glial fibrillary acidic protein (GFAP). This assay enables simultaneous analysis of neurotoxicity, neurite outgrowth, gliosis, neuronal and astrocytic morphology and neuronal and astrocytic development in a wide variety of cellular models, representing a novel, non-subjective, high-throughput assay for neurotoxicity assessment. The assay holds great potential for enhanced detection of neurotoxicity and improved productivity in neuroscience research and drug discovery.

This article describes a novel protocol and reagent set designed for sensitive measurement of neurotoxic effects of compounds and treatments on co-cultures of neurons and astrocytes using high content analysis. Results demonstrate that high content analysis represents an exciting novel technology for neurotoxicity assessment.

Neurotoxicity 높은 컨텐츠 분석의 연결 및 Astrocyte 공동 문화 분석

High Content Analysis (HCA) assays combine cells and detection reagents with automated imaging and powerful image analysis algorithms, allowing ...

생물학

Microfluidic Co-culture of Epithelial Cells and Bacteria for Investigating Soluble Signal-mediated Interactions

The human gastrointestinal (GI) tract is a unique environment in which intestinal epithelial cells and non-pathogenic (commensal) bacteria coexist. It has been proposed that the microenvironment that the pathogen encounters in the commensal layer is important in determining the extent of colonization. Current culture methods for investigating pathogen colonization are not well suited for investigating this hypothesis as they do not enable co-culture of bacteria and epithelial cells in a manner that mimics the GI tract microenvironment. Here we describe a microfluidic co-culture model that enables independent culture of eukaryotic cells and bacteria, and testing the effect of the commensal microenvironment on pathogen colonization. The co-culture model is demonstrated by developing a commensal Escherichia coli biofilm among HeLa cells, followed by introduction of enterohemorrhagic E. coli (EHEC) into the commensal island, in a sequence that mimics the sequence of events in GI tract infection.

This protocol describes a microfluidic co-culture model for simultaneous and localized culture of epithelial cells and bacteria. This model can be used for investigating the role of different soluble molecular signals on pathogenesis as well as screen the effectiveness of putative probiotic bacterial strains.

Microfluidic 가용성식이 중재 신호의 상호 작용을 조사하는 상피 세포 박테리아의 공동 문화

The human gastrointestinal (GI) tract is a unique environment in which intestinal epithelial cells and non-pathogenic (commensal) bacteria coexist. It has ...

Monitoring Bacterial Colonization and Maintenance on Arabidopsis thaliana Roots in a Floating Hydroponic System

Bacteria form complex rhizosphere microbiomes shaped by interacting microbes, larger organisms, and the abiotic environment. Under laboratory conditions, rhizosphere colonization by plant growth-promoting bacteria (PGPB) can increase the health or the development of host plants relative to uncolonized plants. However, in field settings, bacterial treatments with PGPB often do not provide substantial benefits to crops. One explanation is that this may be due to loss of the PGPB during interactions with endogenous soil microbes over the lifespan of the plant. This possibility has been difficult to confirm, since most studies focus on the initial colonization rather than maintenance of PGPB within rhizosphere communities. It is hypothesized here that the assembly, coexistence, and maintenance of bacterial communities are shaped by deterministic features of the rhizosphere microenvironment, and that these interactions may impact PGPB survival in native settings. To study these behaviors, a hydroponic plant-growth assay is optimized using Arabidopsis thaliana to quantify and visualize the spatial distribution of bacteria during initial colonization of plant roots and after transfer to different growth environments. This system&#8217;s reproducibility and utility are then validated with the well-studied PGPB Pseudomonas simiae. To investigate how the presence of multiple bacterial species may affect colonization and maintenance dynamics on the plant root, a model community from three bacterial strains (an Arthrobacter, Curtobacterium, and Microbacterium species) originally isolated from the A. thaliana rhizosphere is constructed. It is shown that the presence of these diverse bacterial species can be measured using this hydroponic plant-maintanence assay, which provides an alternative to sequencing-based bacterial community studies. Future studies using this system may improve the understanding of bacterial behavior in multispecies plant microbiomes over time and in changing environmental conditions.

Monitoring Bacterial Colonization and Maintenance on Arabidopsis thaliana Roots in a Floating Hydroponic System

Here we describe a hydroponic plant growth assay to quantify species presence and visualize the spatial distribution of bacteria during initial colonization of plant roots and after their transfer into different growth environments.

부동 수경 시스템에서 애기장대 뿌리에 세균 식민지화 및 유지 보수 모니터링

Bacteria form complex rhizosphere microbiomes shaped by interacting microbes, larger organisms, and the abiotic environment. Under laboratory conditions, ...

면역학 및 감염병학

High Throughput Co-culture Assays for the Investigation of Microbial Interactions

The study of interactions between microorganisms has led to numerous discoveries, from novel antimicrobials to insights in microbial ecology. Many approaches used for the study of microbial interactions require specialized equipment and are expensive and time intensive. This paper presents a protocol for co-culture interaction assays that are inexpensive, scalable to large sample numbers, and easily adaptable to numerous experimental designs. Microorganisms are cultured together, with each well representing one pairwise combination of microorganisms. A test organism is cultured on one side of each well and first incubated in monoculture. Subsequently, target organisms are simultaneously inoculated onto the opposite side of each well using a 3D-printed inoculation stamp. After co-culture, the completed assays are scored for visual phenotypes, such as growth or inhibition. These assays can be used to confirm phenotypes or identify patterns among isolates of interest. Using this simple and effective method, users can analyze combinations of microorganisms rapidly and efficiently. This co-culture approach is applicable to antibiotic discovery as well as culture-based microbiome research and has already been successfully applied to both applications.

The co-culture interaction assays presented in this protocol are inexpensive, high throughput, and simple. These assays can be used to observe microbial interactions in co-culture, identify interaction patterns, and characterize the inhibitory potential of a microbial strain of interest against human and environmental pathogens.

미생물 상호 작용의 조사를 위한 높은 처리량 공동 문화 애세서

The study of interactions between microorganisms has led to numerous discoveries, from novel antimicrobials to insights in microbial ecology. Many ...

Using Coculture to Detect Chemically Mediated Interspecies Interactions

In nature, bacteria rarely exist in isolation; they are instead surrounded by a diverse array of other microorganisms that alter the local environment by secreting metabolites. These metabolites have the potential to modulate the physiology and differentiation of their microbial neighbors and are likely important factors in the establishment and maintenance of complex microbial communities. We have developed a fluorescence-based coculture screen to identify such chemically mediated microbial interactions. The screen involves combining a fluorescent transcriptional reporter strain with environmental microbes on solid media and allowing the colonies to grow in coculture. The fluorescent transcriptional reporter is designed so that the chosen bacterial strain fluoresces when it is expressing a particular phenotype of interest (i.e. biofilm formation, sporulation, virulence factor production, etc.) Screening is performed under growth conditions where this phenotype is not expressed (and therefore the reporter strain is typically nonfluorescent). When an environmental microbe secretes a metabolite that activates this phenotype, it diffuses through the agar and activates the fluorescent reporter construct. This allows the inducing-metabolite-producing microbe to be detected: they are the nonfluorescent colonies most proximal to the fluorescent colonies. Thus, this screen allows the identification of environmental microbes that produce diffusible metabolites that activate a particular physiological response in a reporter strain. This publication discusses how to: a) select appropriate coculture screening conditions, b) prepare the reporter and environmental microbes for screening, c) perform the coculture screen, d) isolate putative inducing organisms, and e) confirm their activity in a secondary screen. We developed this method to screen for soil organisms that activate biofilm matrix-production in Bacillus subtilis; however, we also discuss considerations for applying this approach to other genetically tractable bacteria.

Bacteria produce secreted compounds that have the potential to affect the physiology of their microbial neighbors. Here we describe a coculture screen that allows detection of such chemically mediated interspecies interactions by mixing soil microbes with fluorescent transcriptional reporter strains of Bacillus subtilis on solid media.

화학적 매개 종간의 상호 작용을 검출하는 공 배양을 사용하여

In nature, bacteria rarely exist in isolation; they are instead surrounded by a diverse array of other microorganisms that alter the local environment by ...

Hydroponics: A Versatile System to Study Nutrient Allocation and Plant Responses to Nutrient Availability and Exposure to Toxic Elements

Hydroponic systems have been utilized as one of the standard methods for plant biology research and are also used in commercial production for several crops, including lettuce and tomato. Within the plant research community, numerous hydroponic systems have been designed to study plant responses to biotic and abiotic stresses. Here we present a hydroponic protocol that can be easily implemented in laboratories interested in pursuing studies on plant mineral nutrition.
This protocol describes the hydroponic system set up in detail and the preparation of plant material for successful experiments. Most of the materials described in this protocol can be found outside scientific supply companies, making the set up for hydroponic experiments less expensive and convenient.
The use of a hydroponic growth system is most advantageous in situations where the nutrient media need to be well controlled and when intact roots need to be harvested for downstream applications. We also demonstrate how nutrient concentrations can be modified to induce plant responses to both essential nutrients and toxic non-essential elements.

Here, we present an easy-to-follow protocol to establish a successful hydroponic system for plant nutrition studies. This protocol has been extensively tested in Arabidopsis and can easily be adapted to other plant species to study specific nutritional requirements or the effect of non-essential elements on plant growth and development.

수경법, • 다목적 시스템은 유해 요소에 영양소 가용성 및 노출에 영양 할당 및 플랜트 응답을 공부하기

Hydroponic systems have been utilized as one of the standard methods for plant biology research and are also used in commercial production for several ...

여러 식물 종의 삼출액 분석을 위한 Semihydroponic Glass Jar 시스템

A Versatile Glass Jar System for Semihydroponic Root Exudate Profiling

Root exudates shape the plant-soil interface, are involved in nutrient cycling&#160;and modulate interactions with soil organisms. Root exudates are dynamic and shaped by biological, environmental, and experimental conditions. Due to their wide diversity and low concentrations, accurate exudate profiles are challenging to determine, even more so in natural environments where other organisms are present, turning over plant-derived compounds and producing additional compounds themselves. The semihydroponic glass jar experimental system introduced here allows control over biological, environmental, and experimental factors. It allows the growth of various phylogenetically distinct plant species for up to several months with or without microbes, in a variety of different growth media. The glass-based design offers a low metabolite background for high sensitivity and low environmental impact as it can be reused. Exudates can be sampled nondestructively, and conditions can be altered over the course of an experiment if desired. The setup is compatible with mass spectrometry analytics and other downstream analytical procedures. In summary, we present a versatile growth system suited for sensitive root exudate analysis in a variety of conditions.

저자 스포트라이트: Exploring Plant-Microbe Interactions Through Root Exudates in a Novel Growth System(새로운 성장 시스템에서 뿌리 삼출물을 통한 식물-미생물 상호 작용 탐색) 

We present a protocol for a glass-based, semihydroponic experimental system supporting the growth of a variety of phylogenetically distinct plants with or without microbes. The system is compatible with different growth media and permits nondestructive root exudate sampling for downstream analysis.

Semihydroponic Root 삼출물 프로파일링을 위한 다용도 Glass Jar 시스템

Root exudates shape the plant-soil interface, are involved in nutrient cycling&#160;and modulate interactions with soil organisms. Root exudates are ...