Aperçu des applications
Le système d'imagerie In Vivo NightShade pour les plantes est un instrument très flexible, et sa gamme d'applications est très large, mais nous allons nous concentrer sur certaines des applications les plus fréquemment utilisées, ainsi que sur d'autres moins fréquentes mais également très intéressantes, à savoir :
- Interaction protéine-protéine
- Rythmes circadiens
- Surveillance du stress
- Surveillance des agents pathogènes
- Autres applications
Interaction protéine-protéine
La complémentation de la luciférase clivée est une méthode populaire pour étudier les interactions protéine-protéine dans les plantes en utilisant un système d'imagerie in vivo pour visualiser la luminescence sur les feuilles transformées. Elle est basée sur la complémentation de deux fragments clivés d'une protéine luciférase et sa détection ultérieure par conversion de substrat et production de lumière. La reconstitution de la luciférase est réversible dans la plupart des cas et convient donc au suivi des interactions dynamiques en temps réel. La luciférase Firefly et la luciférase Renilla ont toutes deux été utilisées avec succès pour étudier les IPP in vivo.
Le Nightshade est un instrument très populaire pour cette méthode grâce à sa caméra très sensible et à son logiciel flexible.
Image reproduite de Jing, Y., Liu, J., Liu, P. et al. Sci Rep 9, 5691 (2019). https://www.doi.org/10.1038/s41598-019-42177-y sous la licence Creative Commons Attribution 4.0 International Public License.
Rythmes circadiens
Le suivi de l'expression des gènes impliqués dans les rythmes circadiens nécessite souvent une imagerie pendant de nombreuses heures et dans des conditions de lumière contrôlées. Le NightShade est l'outil idéal pour cette application, grâce à sa conception unique :
- Simulation de la lumière du jour avec une qualité et une intensité de lumière flexibles.
- Logiciel intuitif avec programmateur puissant, qui permet de programmer l'intensité et la qualité de lumière souhaitées pendant plusieurs jours et de capturer des images aux moments voulus.
- Ports étanches à la lumière permettant d'insérer des tuyaux pour l'irrigation et d'autres objectifs.
- Position de montage de la caméra latérale pour prendre des images de plantes entières, de la feuille à la racine.
- Plateau anti-condensation avec contrôle de la température pour des images de haute qualité lorsque l'on travaille avec des boîtes de Petri.
En savoir plus sur l'imagerie in vivo pour la recherche sur le rythme circadien
Surveillance du stress
La surveillance du stress chez les plantes à l'aide de l'imagerie in vivo peut être effectuée sur des plantes de type sauvage, non modifiées, grâce à deux propriétés importantes :
La fluorescence retardée, également appelée rémanence, est la faible lumière émise par des plantes intactes pré-éclairées. Elle sert d'indicateur non seulement de la teneur en chlorophylle, mais aussi de l'état physiologique de la plante, qui peut varier en fonction d'influences environnementales telles que la sécheresse, des niveaux élevés de salinité ou des infections. Le signal de fluorescence rapide dure quelques nanosecondes, tandis que la fluorescence retardée peut être détectée quelques secondes ou quelques minutes plus tard. Les deux photos du haut montrent la différence de fluorescence retardée entre une plante bien irriguée (à gauche) et la même plante après deux jours de sécheresse (à droite).
En outre, en réponse à un stress tel qu'une blessure, un stress salin ou une attaque de pathogènes, une émission de biophotons ultra-faible est générée. Son intensité est généralement inférieure à 1000 photons/s*cm et est en corrélation avec la deuxième salve de ROS, mais elle en est indépendante. Le mécanisme moléculaire sous-jacent à cette émission de lumière est inconnu, mais il s'agit d'une méthode non destructive et facile pour étudier les processus liés aux agents pathogènes et autres facteurs de stress. L'émission de biophotons peut durer des heures et l'imagerie biophotonique peut donc être réalisée une fois que la fluorescence retardée a disparu. L'image du bas montre l'émission de biophotons en réponse à des concentrations croissantes de cadmium. Image reproduite de 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 sous la licence publique internationale Creative Commons Attribution 4.0.
Surveillance des agents pathogènes
Les agents pathogènes d'intérêt peuvent être génétiquement modifiés pour exprimer des protéines bioluminescentes ou fluorescentes. Cela permet de suivre la progression d'une infection dans le temps, dans l'espace et en réponse à plusieurs facteurs.
L'image montre un très bel exemple de cette application : la dynamique de l'infection bactérienne peut être parfaitement visualisée en temps réel dans des greffes réciproques d'une lignée résistante (BVRC 1) et d'une lignée sensible (BVRC 25) après inoculation par trempage des racines avec la souche BL-Rs7 de R. solanacearum bioluminescente. Reproduit de 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 sous la license Creative Commons Attribution License.
Le NightShade est très bien adapté à cette application, grâce à son puissant logiciel de programmation et à sa grande sensibilité, qui permet de visualiser l'agent pathogène même à des stades précoces de l'infection.
Autres applications
Il existe de nombreuses autres applications possibles du NightShade :
- Bien sûr, la visualisation des modèles d'expression génétique. La position latérale unique de la caméra du NightShade permet d'imager la plante entière, de la racine aux feuilles, sans les problèmes causés par le géotropisme dans les expériences de longue durée.
- Le criblage de l'expression génique est également une application populaire : différents supports d'échantillons sont disponibles pour 9 boîtes de Petri, ce qui permet de cribler de nombreux semis en peu de temps. L'image du haut présente un exemple de criblage de mutants (reproduit de Thatcher, L.F., Foley, R., Casarotto, H.J. et al. Sci Rep 8, 13454 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-31837-0 sous la licence Creative Commons Attribution 4.0 International Public License).
- La bride multiport personnalisable ouvre un monde de possibilités : vous avez besoin d'irriguer les plantes à l'intérieur de la chambre noire ? Aucun problème. Vous avez besoin de guides de lumière pour des éclairages personnalisés ? Rien de plus simple. Avez-vous besoin de toucher les plantes pour étudier les gènes sensibles au toucher ? Pourquoi pas !
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