ללא תווית באתרו הדמיה של Lignification בתוך קירות התא הצמח
Summary
השיטה מבוססת על מיקרוסקופיה ראמאן confocal מוצג שמקנה ללא תווית להדמיה של ליגנין בדפנות תא הצמח והשוואת lignification ברקמות, מדגמים שונים או מין.
Abstract
פגישה דרישות האנרגיה הגוברת בבטחה וביעילות הוא אתגר עולמי הקשה. לכן, מחקר וייצור דלק ביולוגי, המבקשת למצוא פתרונות חסכונית וברת קיימא הפכה משימה אקטואלי וביקורתי. ביומסה Lignocellulosic צפוי להיות המקור העיקרי של ביומסה לגיור כדי דלקים נוזליים 1-6. עם זאת, סרבנות של חומרים אלה תא צמח קיר השפלה חסכונית ויעילה מהווה מכשול מרכזי עבור השימוש בהם לייצור דלקים וכימיקלים 4. בפרט, ליגנין, מורכב סדיר מרובה phenylpropanoid heteropolymer, הופך להיות בעייתי בפירוק postharvest של ביומסה lignocellulosic. לדוגמה בהמרת ביומסה דלק ביולוגי, זה מעכב saccharification תהליכים שמטרתם לייצר סוכרים פשוטים עבור תסיסה 7. שימוש יעיל של ביומסה הצמח למטרות תעשייה היא למעשה תלויה במידה רבה במידה שבה את דופן התא הצמח lignified. הסרת ליגנין הוא גורם יקר הגבלת 8 ו ליגנין ולכן יש להפוך לגידול הצמח מפתח יעד הנדסה גנטית כדי לשפר את ההמרה קיר התא.
כלים אנליטיים המאפשרים אפיון מהיר ומדויק של lignification קירות תא הצמח הופך יותר ויותר חשוב להערכת מספר רב של אוכלוסיות הרבייה. נהלים עקורה עבור בידוד של מרכיבים מקומיים כגון ליגנין הרסניים באופן בלתי נמנע, להביא כימי משמעותי שינויים מבניים 9-11. שיטות כימיות אנליטיות באתרו ובכך הם כלי רב ערך עבור אפיון ההלחנה מבניים של חומרים lignocellulosic. מיקרוסקופיה ראמאן היא טכניקה מסתמכת על פיזור ראמאן קשיח או של אור מונוכרומטי, כזה מן לייזר, שבו שינוי אנרגיה של פוטונים לייזר קשורה תנודות מולקולריות מציג מהותי ללא תווית "טביעת אצבע" המולקולרי של המדגם . מיקרוסקופיה ראמאן יכול להרשות מדידות בלתי הרסניות וזול יחסית עם הכנה מדגם מינימלי, נותן תובנות לגבי ההרכב הכימי ואת המבנה המולקולרי קרוב למדינה המקורית. דימות באמצעות מיקרוסקופ כימית ראמאן confocal שימש בעבר עבור להדמיה של התפלגות מרחבית של תאית ליגנין בתא קירות עץ 12-14. בהתבסס על תוצאות אלו קודם לכן, אימצנו לאחרונה בשיטה זו כדי להשוות lignification בסוג בר ליגנין מחסר מהונדס Populus trichocarpa (שחור צפצפה) גזע עץ 15. ניתוח ראמאן להקות ליגנין 16,17 באזור ספקטרלי בין 1600 ו – 1700 -1 ס"מ, עוצמת האות ליגנין ולוקליזציה מופו באתרם. הגישה שלנו דמיינו הבדלים בתוכן ליגנין, לוקליזציה, ואת ההרכב הכימי. לאחרונה, הראינו הדמיה ראמאן של פולימרים קיר התא thaliana ארבידופסיס עם רזולוציה לרוחב זה משנה 18 מיקרומטר. הנה, שיטה זו מוצגת והנותן להדמיה של ליגנין בדפנות תא הצמח והשוואת lignification ברקמות, מדגמים שונים או מינים ללא כתמים או תיוג של הרקמות.
Protocol
Discussion
חומרים Lignocellulosic הם היררכי הטרוגנית מבחינת המבנה והן בהרכב. במשך מעמיק כלים אפיון אנליטי כי יש רגישות כימיים, ברזולוציה מרחבית, וכי לתת תובנות חומרים אלה בהקשר יליד רצויות. השיטה המתוארת מאפשרת ויזואליזציה של ליגנין והשוואה של lignification של ביומסה הצמח lignocellulosic עם רזולוצ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים אנדרו קרול, מוארת Chaibang, Purbasha Sarkar (אנרגיה Biosciences המכון, ברקלי), בהרם פרווין (המעבדה הלאומית לורנס ברקלי) ווינסנט ל צ'אנג (צפון קרוליינה סטייט) על שיתוף הפעולה הפורה ודיונים מועיל. עבודה זו נתמכה על ידי אנרגיה Biosciences המכון. העבודה בבית היציקה מולקולרית נתמך על ידי משרד המדע, משרד האנרגיה של יסוד מדעי, של משרד האנרגיה של ארה"ב תחת חוזה מס 'DE-AC02-05CH1123.
Materials
| Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
|---|---|---|---|---|
| microscope slides | ||||
| cover slips | ||||
| D2O | ||||
| nail polish | ||||
| immersion oil | ||||
| tweezers | ||||
| pointed brush | ||||
| microtome | ||||
| confocal Raman microscope |
References
- Herrera, S. Bonkers about biofuels. Nat Biotechnol. 24, 755-760 (2006).
- Himmel, M. E. Biomass recalcitrance: Engineering plants and enzymes for biofuels production. Science. 315, 804-807 (2007).
- Pauly, M., Keegstra, K. Cell-wall carbohydrates and their modification as a resource for biofuels. Plant J. 54, 559-568 (2008).
- Pauly, M., Keegstra, K. Physiology and metabolism ‘Tear down this wall. Curr Opin Plant Biol. 11, 233-235 (2008).
- Ragauskas, A. J. The path forward for biofuels and biomaterials. Science. 311, 484-489 (2006).
- Somerville, C. Biofuels. Curr Biol. 17, R115-R119 (2007).
- Ralph, J., Brunow, G., Boerjan, W. . Lignins in Encyclopedia of Life Sciences. , (2007).
- Chiang, V. L. From rags to riches. Nat Biotechnol. 20, 557-558 (2002).
- Atalla, R. H., Agarwal, U. P. Raman microprobe evidence for lignin orientation in the cell walls of native woody tissue. Science. 227, 636-638 (1985).
- Atalla, R. H., Agarwal, U. P. Recording Raman spectra from plant cell walls. J Raman Spectrosc. 17, 229-231 (1986).
- Fukushima, K. Regulation of syringyl to guaiacyl ratio in lignin biosynthesis. J Plant Res. 114, 499-508 (2001).
- Agarwal, U. P. Raman imaging to investigate ultrastructure and composition of plant cell walls: distribution of lignin and cellulose in black spruce wood (Picea mariana). Planta. 224, 1141-1153 (2006).
- Gierlinger, N., Schwanninger, M. Chemical imaging of poplar wood cell walls by confocal Raman microscopy. Plant Physiol. 140, 1246-1254 (2006).
- Gierlinger, N., Schwanninger, M. The potential of Raman microscopy and Raman imaging in plant research. Spectrosc Int J. 21, 69-89 (2007).
- Schmidt, M. Label-free in situ imaging of lignification in the cell wall of low lignin transgenic Populus trichocarpa. Planta. 230, 589-597 (2009).
- Agarwal, U. P., Argyropoulos, D. S. An Overview of Raman Spectroscopy as Applied to Lignocellulosic Materials. Advances in Lignocellulosics Characterization. , 201-225 (1999).
- Agarwal, U. P., Ralph, S. A. Determination of ethylenic residues in wood and TMP of spruce by FT-Raman spectroscopy. Holzforschung. 62, 667-675 (2008).
- Schmidt, M. Raman imaging of cell wall polymers in Arabidopsis thaliana. Biochem Biophys Res Comm. 395, 521-523 (2010).
