LeafJ: En ImageJ Plugin til Semi-automatiseret Leaf Shape Måling
Summary
Demonstration af de vigtigste metoder til high throughput blad målinger. Disse metoder kan anvendes til at accelerere blad fænotypebestemmelse når man studerer mange plante mutanter eller på anden måde screening planter ved blad fænotype.
Abstract
High throughput fænotypebestemmelse (phenomics) er et effektivt værktøj til at forbinde gener til deres funktioner (se anmeldelse 1 og nylige eksempler 2-4). Bladene er den primære fotosyntetiske organ, og deres størrelse og form varierer developmentally og miljømæssigt i en plante. Af disse grunde undersøgelser af blad morfologi kræver måling af flere parametre fra mange blade, som gøres bedst ved halvautomatiske phenomics værktøjer 5,6. Canopy skygge er et vigtigt miljømæssigt cue, der påvirker plante arkitektur og livshistorie, den suite af svarene er samlet kaldes skygge unddragelse syndrom (SAS) 7. Blandt SAS responser, er skygge induceret Bladstilken forlængelse og ændringer i bladet område særligt anvendelige som indeks 8. Til dato, kan bladform programmer (f.eks SHAPE 9, LAMINA 10, LeafAnalyzer 11, LEAFPROCESSOR 12) måle blad konturer og kategorisere bladformer, Men kan ikke udsende bladstilk længde. Mangel på store målesystemer af blade bladstilke har hæmmet phenomics tilgange til SAS forskning. I denne artikel beskriver vi et nyudviklet ImageJ plugin, kaldet LeafJ, der hurtigt kan måle bladstilk længde og bladplade parametre i modellen planten Arabidopsis thaliana. For den lejlighedsvise blad, der krævede manuel korrektion af stilk / bladpladen grænse brugte vi en touch-screen tablet. Endvidere blad celleform og blade celleantal er vigtige determinanter for blad størrelse 13. Adskilt fra LeafJ vi også præsentere en protokol for at bruge en touch-screen tablet til måling af celleform, område og størrelse. Vores blad træk målesystem er ikke begrænset til skygge-unddragelse forskning og vil accelerere blad fænotypebestemmelse af mange mutanter og screening planter ved blad fænotypebestemmelse.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vores "LeafJ" plugin muliggør måling af stilk længde semi-automatisk, hvilket øger throughput næsten 6 gange over manuel måling. Bladstilken længde er en vigtig indeks i SAS og er også et vartegn for andre fænomener, såsom nedsænkning modstand og hyponastic vækst 17. Derfor dette plugin kan være nyttig til en lang række planteforskere.
Vores plugin er implementeret i et veletableret java-baseret gratis software, ImageJ. Dette gør det nemt at cross-platform…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
LeafJ blev skrevet af JNM mens han var på orlov i Dr. Katherine Pollard laboratorium på Gladstone institutter.
Dette arbejde blev støttet af en bevilling fra National Science Foundation (tilskud nummer IOS-0.923.752).
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | |
| far-red light LED | Orbitec | custom made | |
| transparency | IKON | HSCA/5 | |
| scanner | Epson | Epson Perfection V700 PHOTO | |
| Image J | NIH | http://rsbweb.nih.gov/ij/ | |
| LeafJ | custom | http://www.openwetware.org/wiki/Maloof_Lab | |
| Air Display | Avatron Software Inc. | http://avatron.com/ | |
| iPad2 | Apple Inc. | http://www.apple.com/ |
Riferimenti
- Furbank, R. T., Tester, M. Phenomics–technologies to relieve the phenotyping bottleneck. Trends Plant Sci. 16, 635-644 (2011).
- Berger, B., Parent, B., Tester, M. High-throughput shoot imaging to study drought responses. J. Exp. Bot. 61, 3519-3528 (2010).
- Borevitz, J. O. Natural genetic variation for growth and development revealed by high-throughput phenotyping in Arabidopsis thaliana. G3 (Bethesda). 2, 29-34 (2012).
- Albrecht, D. R., Bargmann, C. I. High-content behavioral analysis of Caenorhabditis elegans in precise spatiotemporal chemical environments. Nat. Methods. 8, 599-605 (2011).
- Chitwood, D. H., et al. Native environment modulates leaf size and response to simulated foliar shade across wild tomato species. PLoS ONE. 7, e29570 (2012).
- Chitwood, D. H., et al. The developmental trajectory of leaflet morphology in wild tomato species. Plant Physiol. 158, 1230-1240 (2012).
- Casal, J. J. Shade Avoidance. The Arabidopsis Book. , e0157 (2012).
- Smith, H., Kendrick, R. E., Kronenberg, G. H. M. . Photomorphogenesis in Plants. , 377-416 (1994).
- Iwata, H., Ukai, Y. SHAPE: a computer program package for quantitative evaluation of biological shapes based on elliptic Fourier descriptors. J. Hered. 93, 384-385 (2002).
- Bylesjo, M., et al. LAMINA: a tool for rapid quantification of leaf size and shape parameters. BMC Plant Biol. 8, 82 (2008).
- Weight, C., Parnham, D., Waites, R. LeafAnalyser: a computational method for rapid and large-scale analyses of leaf shape variation. Plant J. 53, 578-586 (2008).
- Backhaus, A., et al. LEAFPROCESSOR: a new leaf phenotyping tool using contour bending energy and shape cluster analysis. New Phytol. 187, 251-261 (2010).
- Tsukaya, H. Mechanisms of Leaf-shape determination. Annual Review of Plant Biology. 57, 477-496 (2006).
- Abramoff, M. D., Magalhaes, P. J., Ram, S. J. Image Processing with ImageJ. Biophotonics International. 11, 36-42 (2004).
- Horiguchi, G., Fujikura, U., Ferjani, A., Ishikawa, N., Tsukaya, H. Large-scale histological analysis of leaf mutants using two simple leaf observation methods: identification of novel genetic pathways governing the size and shape of leaves. Plant. J. 48, 638-644 (2006).
- Horiguchi, G., Ferjani, A., Fujikura, U., Tsukaya, H. Coordination of cell proliferation and cell expansion in the control of leaf size in Arabidopsis thaliana. J. Plant. Res. 119, 37-42 (2006).
- Pierik, R., de Wit, M., Voesenek, L. A. C. J. Growth-mediated stress escape: convergence of signal transduction pathways activated upon exposure to two different environmental stresses. New. Phytol. 189, 122-134 (2011).
