Überblick über die Anwendungen
Das NightSHADE evo In-Vivo-Imaging-System für Pflanzen ist ein sehr flexibles Instrument und sein Anwendungsspektrum ist wirklich breit gefächert, aber wir werden uns auf einige der am häufigsten verwendeten Anwendungen konzentrieren, sowie auf einige weniger häufige, aber ebenfalls sehr interessante, nämlich:
- Protein-Protein-Interaktion
- Zirkadiane Rhythmen
- Überwachung von Stress
- Überwachung von Krankheitserregern
- Andere Anwendungen
Protein-Protein-Interaktion
Die Komplementierung von gespaltener Luziferase ist eine beliebte Methode zur Untersuchung von Protein-Protein-Interaktionen in Pflanzen, bei der ein In-vivo-Bildgebungssystem zur Visualisierung der Lumineszenz auf transformierten Blättern verwendet wird. Sie basiert auf der Komplementierung von zwei gespaltenen Fragmenten eines Luciferase-Proteins und dem anschließenden Nachweis durch Substratumwandlung und Lichtproduktion. Die Rekonstitution der Luciferase ist in den meisten Fällen reversibel und daher für die Überwachung dynamischer Interaktionen in Echtzeit geeignet. Sowohl Firefly-Luciferase als auch Renilla-Luciferase wurden erfolgreich zur Untersuchung von PPI in vivo eingesetzt.
Der NightSHADE evo ist dank seiner hochempfindlichen Kamera und seiner flexiblen Software ein sehr beliebtes Instrument für diese Methode.
Bild reproduziert aus "Jing, Y., Liu, J., Liu, P. et al. Sci Rep 9, 5691 (2019). https://www.doi.org/10.1038/s41598-019-42177-y" unter der Creative Commons Attribution 4.0 International Public License.
Zirkadiane Rhythmen
Die Überwachung der Expression von Genen, die an zirkadianen Rhythmen beteiligt sind, erfordert oft eine Bildgebung über viele Stunden und unter kontrollierten Lichtbedingungen. Der NightSHADE evo ist dank seines einzigartigen Designs das ideale Werkzeug für diese Anwendung:
- Tageslichtsimulation mit flexibler Lichtqualität und -intensität.
- Intuitive Software mit leistungsfähigem Planer, der es ermöglicht, die gewünschte Lichtintensität und -qualität über mehrere Tage zu programmieren und Bilder zu den gewünschten Zeitpunkten aufzunehmen.
- Lichtdichte Anschlüsse zum Einführen von Schläuchen für die Bewässerung und andere Ziele.
- Seitliche Kameramontageposition zur Aufnahme ganzer Pflanzen, vom Blatt bis zu den Wurzeln.
- Antikondensationsschale mit Temperaturkontrolle für hochwertige Bilder bei der Arbeit mit Petrischalen.
Mehr über In-vivo-Bildgebung für die Erforschung des zirkadianen Rhythmus
Überwachung von Stress
Die Überwachung von Stress in Pflanzen mit Hilfe von In-vivo-Bildgebung kann dank zweier wichtiger Eigenschaften an unveränderten Wildtyp-Pflanzen durchgeführt werden:
Die verzögerte Fluoreszenz, auch Nachleuchten genannt, ist das schwache Licht, das von zuvor beleuchteten intakten Pflanzen abgegeben wird. Es dient nicht nur als Indikator für den Chlorophyllgehalt, sondern auch für den physiologischen Zustand der Pflanze, der sich aufgrund von Umwelteinflüssen wie Trockenheit, hohem Salzgehalt oder Infektionen ändern kann. Das Signal der prompten Fluoreszenz hält für Nanosekunden an, während die verzögerte Fluoreszenz Sekunden und Minuten später nachgewiesen werden kann. In den beiden Bildern oben sehen Sie den Unterschied in der verzögerten Fluoreszenz zwischen einer gut bewässerten Pflanze (links) und der gleichen Pflanze nach zwei Tagen Trockenheit (rechts).
Darüber hinaus wird als Reaktion auf Stress, wie z. B. Verwundung, Salzstress oder Pathogenbefall, eine ultraschwache Biophotonenemission erzeugt. Ihre Intensität liegt in der Regel in einem Bereich von weniger als 1000 Photonen/s*cm und korreliert mit dem zweiten ROS-Schub, ist aber unabhängig davon. Der molekulare Mechanismus, der dieser Lichtemission zugrunde liegt, ist unbekannt, aber sie bietet eine zerstörungsfreie und einfache Methode zur Untersuchung von Prozessen im Zusammenhang mit Pathogenen und anderen Stressfaktoren. Die Biophotonenemission kann stundenlang anhalten, so dass die Biophotonenbildgebung auch dann noch durchgeführt werden kann, wenn die verzögerte Fluoreszenz bereits abgeklungen ist. Im unteren Bild sehen Sie die Biophotonenemission als Reaktion auf steigende Cadmiumkonzentrationen. Abbildung reproduziert aus Jócsák, I., Malgwi, I., Rabnecz, G., Szegő, A., Varga-Visi, É., Végvári, G., Pónya, Z., 2020. PLOS ONE 15, e0240470. doi:10.1371/journal.pone.0240470 unter derCreative Commons Attribution 4.0 International Public License.
Überwachung von Krankheitserregern
Pathogene von Interesse können gentechnisch so verändert werden, dass sie biolumineszente oder fluoreszierende Proteine exprimieren. Dies ermöglicht die Überwachung des zeitlichen und räumlichen Verlaufs einer Infektion und der Reaktion auf verschiedene Faktoren.
Das Bild zeigt ein sehr schönes Beispiel für diese Anwendung: Die bakterielle Infektionsdynamik kann in Echtzeit in wechselseitigen Pfropfungen einer resistenten (BVRC 1) und einer anfälligen (BVRC 25) Linie nach Inokulation mit dem biolumineszenten R. solanacearum-Stamm BL-Rs7 im Wurzeltauchverfahren perfekt visualisiert werden. Reproduziert aus Du, H.; Wen, C.; Zhang, X.; Xu, X.; Yang, J.; Chen, B.; Geng, S.. Int. J. Mol. Sci. 2019, 20, 5887. doi.org/10.3390/ijms20235887 unter der Creative Commons Attribution License.
Das NightSHADE evo ist für diese Anwendung sehr gut geeignet, dank seiner leistungsstarken Scheduler-Software und seiner hohen Empfindlichkeit, die es ermöglicht, den Erreger auch in frühen Stadien der Infektion sichtbar zu machen.
Andere Anwendungen
Es gibt noch viele andere mögliche Anwendungen für das NightShade:
- Natürlich die Visualisierung von Genexpressionsmustern. Die einzigartige seitliche Kameraposition des NightSHADE evo ermöglicht es, die gesamte Pflanze von der Wurzel bis zu den Blättern abzubilden, ohne Probleme durch Geotropismus bei langen Experimenten.
- Auch das Screening der Genexpression ist eine beliebte Anwendung: Es sind verschiedene Probenhalter für bis zu 9 Petrischalen erhältlich, mit denen sich viele Sämlinge in kurzer Zeit untersuchen lassen. Das Bild oben zeigt ein Beispiel für ein Mutantenscreening (Reproduziert aus Thatcher, L.F., Foley, R., Casarotto, H.J. et al. Sci Rep 8, 13454 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-31837-0 unter der Creative Commons Attribution 4.0 International Public License).
- Der anpassbare Multiport-Flansch eröffnet eine Welt der Möglichkeiten: Sie müssen die Pflanzen in der Dunkelkammer bewässern? Das ist kein Problem. Brauchen Sie Lichtleiter für eine individuelle Beleuchtung? Kein Problem. Müssen Sie die Pflanzen berühren, um berührungsempfindliche Gene zu untersuchen? Kein Problem!
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