Etiket- In situ Görüntüleme
Summary
Etiket lignin bitki hücre duvarlarında görselleştirme ve farklı dokuları, numune veya türlerin lignification karşılaştırılması sağladığını konfokal Raman mikroskobu dayalı bir yöntem sunulmaktadır.
Abstract
Toplantı artan enerji güvenli bir şekilde taleplerini ve verimli bir şekilde acil bir küresel bir sorundur. Bu nedenle, maliyet-etkin ve sürdürülebilir bir çözüm bulmak istiyor biyoyakıt üretimi araştırma, güncel ve kritik bir görev haline gelmiştir. Lignocellulosic biyokütle biyokütle sıvı biyoyakıt 1-6 dönüşüm için birincil kaynak olmaya adaydır. Ancak, bu bitki hücre duvar malzemelerinin maliyet-etkin ve verimli bir bozulma dinlemezlik, biyoyakıt üretimi ve kimyasallar 4 bunların kullanımı için önemli bir engel sunar . Özellikle lignin, karmaşık ve düzensiz bir poli-phenylpropanoid heteropolymer, hasat sonrası Yapısızlaştırmanın lignocellulosic biyokütle sorunlu olur. Örneğin biyoyakıt biyokütle dönüşüm, basit şekerler fermantasyon 7 üretmeyi amaçlayan süreçlerinde saccharification engeller. Endüstriyel amaçlar için bitki biyokütle etkin kullanımı, bitki hücre duvarı Odunlaşmış olduğu ölçüde büyük ölçüde bağımlı aslında. Ligninin kaldırılması, masraflı ve kısıtlayıcı faktör 8 ve lignin bu nedenle hücre duvarı dönüşüm geliştirmek için önemli bir bitki ıslah ve genetik mühendisliği hedef haline gelmiştir .
Bitki hücre duvarlarının lignification doğru hızlı karakterizasyonu izin analitik araçlar çok sayıda üreme popülasyonlarının değerlendirmek için giderek daha önemli hale gelir. Lignin gibi doğal bileşenlerin izolasyonu için önemli kimyasal ve yapısal değişiklikler 9-11 hakkında Ekstraktif prosedürleri getirerek, kaçınılmaz olarak yıkıcı olan. Yerinde yöntemleri Analitik kimyasal böylece lignocellulosic malzemelerin kompozisyon ve yapısal karakterizasyonu için paha biçilemez bir araç . Raman mikroskobu, bir lazer, lazer fotonların enerji vardiya moleküler titreşimler ile ilgili olduğu gibi, esnek olmayan ya da Raman saçılması monokromatik ışık dayanır ve örnek içsel bir etiket serbest moleküler "parmak izi" sunan bir tekniktir. . Raman mikroskobu yerli durumuna yakın bir kimyasal bileşim ve moleküler yapısı içgörüler vererek, en az numune hazırlama ile tahribatsız ve nispeten ucuz ölçümleri gelemez. Konfokal Raman mikroskobu ile kimyasal görüntüleme, daha önce, selüloz ve ahşap hücre duvarları 12-14 lignin mekansal dağılımının görüntülenmesi için kullanılır olmuştur. Önceki bu sonuçlara dayanarak, son zamanlarda, vahşi tip ve lignin eksikliği olan transgenik Populus trichocarpa (siyah kavak) kök ahşap 15 lignification karşılaştırmak için bu yöntemi kabul ettiler . 1.600 ve 1.700 cm -1, lignin sinyal şiddeti ve lokalizasyonu arasındaki spektral bölgede lignin Raman bantları 16,17 Analiz in situ eşleştirilmiş. Bizim yaklaşımımız, lignin içerik farkları, yerelleştirme ve kimyasal bileşimi görüntülendi. En son, 18 alt-mikron lateral çözünürlüğe sahip Arabidopsis thaliana hücre duvarı polimerlerin Raman görüntüleme gösterdi. Burada, bu yöntem, boyama ya da dokuların etiketleme olmadan bitki hücre duvarlarında lignin görselleştirme ve farklı dokuları, numune veya türlerin lignification karşılaştırılması karşılayabilme sunulmaktadır.
Protocol
Discussion
Lignocellulosic malzemeleri ve hiyerarşik yapısı ve kompozisyon bakımından heterojen. Kimyasal duyarlılık, uzaysal çözünürlük ve derinlemesine bir karakterizasyonu analitik araçlar için bu malzemelerin yerli bağlamda içgörüler arzu edilir verir. Açıklanan yönteme lignin ve doğal durumuna yakın boyama ya da örneklerin etiketleme alt mikron uzaysal çözünürlüğü ile lignocellulosic bitki biyokütle lignification karşılaştırılması görselleştirme tanıyor. Minimum numune hazırlama gerek…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Andrew Carroll, Parlak Chaibang, Purbasha Sarkar (Enerji Biosciences Enstitüsü, Berkeley), Behram Parvin (Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuarı) ve Vincent L. Chiang (North Carolina State University), verimli işbirlikleri ve yararlı tartışmalar için teşekkür ederiz. Bu çalışma, Enerji Biosciences Enstitüsü tarafından desteklendi. Moleküler Döküm İş Sözleşme No DE-AC02-05CH1123 altında, ABD Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi, Temel Enerji Bilimler Ofisi, tarafından desteklenen oldu.
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).
