مسح الحفاز لمصنع الأكسجين التفاعلية الأنواع في فيفو بجسيمات نانوية أكسيد السيريوم أنيونى
Summary
نقدم هنا، على بروتوكول للتوليف وتوصيف جسيمات نانوية أكسيد السيريوم الرباعي (نانوسيريا) لروس (أنواع الأكسجين التفاعلية) المسح في فيفو، نانوسيريا التصوير في الأنسجة النباتية بالفحص المجهري [كنفوكل]، و في فيفو رصد نانوسيريا روس الكسح بالفحص المجهري [كنفوكل].
Abstract
تراكم الأنواع (روس) الأكسجين التفاعلية السمة مميزة لاستجابة الإجهاد اللاأحيائية النبات. روس دور مزدوج في النباتات بوصفها إشارات الجزيئات عند مستويات منخفضة، وإلحاق أضرار بالجزيئات في المستويات العليا. يمكن أن تلحق الضرر تراكم روس في النباتات وأكد نواتج الأيض والأنزيمات والدهون والحمض النووي، مما تسبب في انخفاض نمو النبات والمحصول. ويوفر قدرة جسيمات نانوية أكسيد السيريوم الرباعي (نانوسيريا) مسح حفازة روس في فيفو أداة فريدة من نوعها لفهم والتسامح الإجهاد اللاأحيائية مصنع بيونجينير. نقدم هنا، بروتوكولا لتوليف وتميز بولي (اﻷكريليك) حمض نانوسيريا المغلفة (المجلس الوطني الفلسطيني)، وواجهة جسيمات نانوية مع النباتات عن طريق أوراق الصفيحة التسلل ومراقبة توزيع وروس المسح في فيفو استخدام [كنفوكل] الفحص المجهري. تقتصر على الأنواع النموذجية الحالية الأدوات الجزيئية لمعالجة تراكم روس في النباتات وتتطلب طرق التحويل شاقة. هذا البروتوكول للمسح في فيفو روس لديه القدرة على تطبيقها على النباتات البرية نوع مع أوراق عريضة وبنية أوراق مثل نبات التمويل.
Introduction
جسيمات نانوية أكسيد السيريوم الرباعي (نانوسيريا) تستخدم على نطاق واسع في الكائنات الحية، من البحوث الأساسية للهندسة البيولوجية، نظراً للأنواع الأكسجين التفاعلية الحفاز متميزة فيها (روس) مسح قدرة1،،من23. وقد نانوسيريا روس الكسح قدراتهم بسبب عدد كبير من الشواغر الأكسجين السطحية التي بالتناوب بين اثنين أكسدة الدول (م3 + م4 +) و 4،،من56. م3 + التعلق السندات فعالية مسح روس بينما سلالات شعرية في النانو النهوض بالتجديد لهذه المواقع عيب عن طريق الأكسدة الدراجات ردود الفعل7. كما استخدمت نانوسيريا مؤخرا لدراسة والهندسة النباتية الدالة8،9. النباتات تحت الإجهاد اللاأحيائية تجربة تراكم روس، مما تسبب في أضرار الأكسدة للدهون والبروتينات والحمض النووي10. في النباتات (أ) التمويل ، ومسح نانوسيريا الحفاز لروس في فيفو يؤدي إلى تحسين النباتات التمثيل الضوئي تحت الضوء العالي والحرارة وتقشعر لها اﻷبدان تشدد على8. نانوسيريا تطبيق التربة أيضا زيادات تبادل لإطلاق النار غلة الكتلة الحيوية والحبوب من القمح (aestivum قمح)11؛ نباتات الكانولا (كرنب نابوس) تعامل مع نانوسيريا يكون أعلى من الكتلة الحيوية النباتية تحت الضغط الملح12.
نانوسيريا تقدم مهندسو البيولوجيا والنباتية علماء الأحياء أداة تستند إلى تكنولوجيا النانو لفهم استجابات الإجهاد اللاأحيائية وتعزيز التسامح الإجهاد اللاأحيائية النبات. قدرات المسح في فيفو نانوسيريا بروس مستقلة من الأنواع النباتية، وإيصال السطحية في الأنسجة النباتية لديه القدرة على تمكين تطبيق واسع خارج نموذج الكائنات الحية. على عكس الأساليب الأخرى المستندة إلى وراثيا، نانوسيريا لا تتطلب توليد خطوط النباتات مع overexpression الإنزيمات المضادة للأكسدة لأعلى روس الكسح قدرة13. تسلل الصفيحة نبات نانوسيريا النباتات نهج عملي للأبحاث المستندة إلى المعمل.
والهدف العام من هذا البروتوكول وصف 1) التوليف وتوصيف مشحونة سلبا بولي (اﻷكريليك) حمض نانوسيريا (المجلس الوطني الفلسطيني)، 2) التسليم وتتبع للشرطة المدنية الوطنية في جميع أنحاء خلايا ورقة، و 3) رصد الكسح روس تمكين الشرطة الوطنية الكونغولية في فيفو. في هذا البروتوكول، وتوليفها مشحونة سلبا بولي (اﻷكريليك) حمض نانوسيريا (المجلس الوطني الفلسطيني) ويتميز بطيف امتصاص وقطرها هيدرودينامية زيتا المحتملة. يصف لنا أسلوب تسلل الصفيحة ورقة بسيطة لتسليم الشرطة الوطنية الكونغولية في مصنع أنسجة نبات. في فيفو تصوير نانوحبيبات التوزيع داخل الخلايا mesophyll، استخدمت صبغة فلورسنت (دي) تسمية المجلس الوطني الفلسطيني (دي-المجلس الوطني الفلسطيني) والتقيد جسيمات نانوية عبر الفحص المجهري الأسفار [كنفوكل]. وأخيراً، نحن تشرح كيفية رصد في فيفو الكسح روس المجلس الوطني الفلسطيني عن طريق الفحص المجهري [كنفوكل].
Protocol
Representative Results
Discussion
في هذا البروتوكول، يصف لنا الشرطة الوطنية الكونغولية التوليف وتوصيف ووصفها بصبغة الفلورسنت وتصوير [كنفوكل] لجسيمات نانوية داخل الخلايا النباتية mesophyll يحمل في فيفو روس الكسح نشاطهم. المجلس الوطني الفلسطيني يتم تصنيعه من خليط من نترات السيريوم وحل جزء من الكمية المسندة في هيدروكسيد ا?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
هذا العمل كان يدعمها في جامعة كاليفورنيا، ريفرسايد ووزارة الزراعة المعهد الوطني للأغذية والزراعة، المشروع هاتش 1009710 إلى J.P.G. ويستند هذا المواد العمل المدعوم من “المؤسسة الوطنية للعلوم” تحت المنحة رقم 1817363 إلى J.P.G.
Materials
| Cerium (III) nitrate hexahydrate | Sigma-Aldrich | 238538-100G | |
| Molecular Biology Grade Water, Corning | VWR | 45001-044 | |
| Falcon 50 mL Conical Centrifuge Tubes | VWR | 14-959-49A | |
| Poly (acrylic acid) 1,800 Mw | Sigma-Aldrich | 323667-100G | |
| Fisherbrand Digital Vortex Mixer | Fisher Scientific | 02-215-370 | |
| Fisherbrand Digital Vortex Mixer Accessory, Insert Retainer | Fisher Scientific | 02-215-391 | |
| Fisherbrand Digital Vortex Mixer Accessories: Foam Insert Set | Fisher Scientific | 02-215-395 | |
| Ammonium hydroxide solution | Sigma-Aldrich | 05002-1L | |
| PYREX Griffin Beakers, Graduated, Corning | VWR | 13912-149 | |
| RCT basic | IKA | 3810001 | |
| Eppendorf Microcentrifuge 5424 | VWR | 80094-126 | |
| Amicon Ultra-15 Centrifugal Filter Units | Millipore-Sigma | UFC901024 | |
| Allegra X-30 Series Benchtop Centrifuge | Beckman Coulter | B06314 | |
| UV-2600 Sptecrophotometer | Shimadzu | UV-2600 120V | |
| Whatman Anotop 10 syringe filter | Sigma-Aldrich | WHA68091102 | |
| BD Disposable Syringes with Luer-Lok Tips | Fisher Scientific | 14-829-45 | |
| Zetasizer Nano S | Malvern Panalytical | Zen 1600 | |
| 1,1′-Dioctadecyl-3,3,3′,3′-tetramethylindocarbocyanine perchlorate | Sigma-Aldrich | 42364-100MG | |
| Dimethyl Sulfoxide, ACS | VWR | BDH1115-1LP | |
| Sunshine Mix #1 LC1 | Green Island Distributors, Inc | 5212601.CFL080P | |
| Adaptis 1000 | Conviron | A1000 | |
| TES, >99% (titration | Sigma-Aldrich | T1375-100G | |
| Magnesium chloride | Sigma-Aldrich | M8266-1KG | |
| Air-Tite All-Plastic Norm-Ject Syringe | Fisher Scientific | 14-817-25 | |
| Kimberly-Clark Professional Kimtech Science Kimwipes Delicate Task Wipers | Fisher Scientific | 06-666A | |
| Carolina Observation Gel | Carolina | 132700 | |
| Corning microscope slides, frosted one side, one end | Sigma-Aldrich | CLS294875X25-72EA | |
| Cork Borer Sets with Handles | Fisher Scientific | S50166A | |
| Perfluorodecalin | Sigma-Aldrich | P9900-25G | |
| Micro Cover Glasses, Square, No. 1 | VWR | 48366-045 | |
| Leica Laser Scanning Confocal Microscope TCS SP5 | Leica Microsystems | TCS SP5 | |
| 2′,7′-Dichlorofluorescin diacetate | Sigma-Aldrich | D6883-250MG | |
| Dihydroethidium | Sigma-Aldrich | D7008-10MG | |
| Fisherbrand Premium Microcentrifuge Tubes: 1.5 mL | Fisher Scientific | 05-408-129 | |
| Eppendorf Uvette cuvettes | Sigma-Aldrich | Z605050-80EA | |
| Chlorophyll meter | Konica Minolta | SPAD-502 |
References
- Xu, C., Qu, X. Cerium oxide nanoparticle: A remarkably versatile rare earth nanomaterial for biological applications. NPG Asia Materials. 6 (3), 90-116 (2014).
- Nelson, B., Johnson, M., Walker, M., Riley, K., Sims, C. Antioxidant cerium oxide nanoparticles in biology and medicine. Antioxidants. 5 (2), 15 (2016).
- Gupta, A., Das, S., Neal, C. J., Seal, S. Controlling the surface chemistry of cerium oxide nanoparticles for biological applications. Journal of Materials Chemistry B. 4 (19), 3195-3202 (2016).
- Walkey, C., et al. Catalytic properties and biomedical applications of cerium oxide nanoparticles. Environ. Sci.: Nano. 2 (1), 33-53 (2015).
- Pulido-Reyes, G., et al. Untangling the biological effects of cerium oxide nanoparticles: the role of surface valence states. Scientific reports. 5, 15613 (2015).
- Dutta, P., et al. Concentration of Ce3+ and oxygen vacancies in cerium oxide nanoparticles. Chemistry of Materials. 18 (21), 5144-5146 (2006).
- Boghossian, A. A., et al. Application of nanoparticle antioxidants to enable hyperstable chloroplasts for solar energy harvesting. Advanced Energy Materials. 3, 881-893 (2013).
- Wu, H., Tito, N., Giraldo, J. P. Anionic cerium oxide nanoparticles protect plant photosynthesis from abiotic stress by scavenging reactive oxygen species. ACS Nano. 11 (11), 11283-11297 (2017).
- Giraldo, J. P., et al. Plant nanobionics approach to augment photosynthesis and biochemical sensing. Nature Materials. 13 (4), 400-408 (2014).
- Demidchik, V. Mechanisms of oxidative stress in plants: From classical chemistry to cell biology. Environmental and Experimental Botany. 109, 212-228 (2015).
- Rico, C. M., et al. Cerium oxide nanoparticles impact yield and modify nutritional parameters in wheat (Triticum aestivum L.). Journal of Agricultural and Food Chemistry. 62 (40), 9669-9675 (2014).
- Rossi, L., Zhang, W., Lombardini, L., Ma, X. The impact of cerium oxide nanoparticles on the salt stress responses of Brassica napus L. Environmental Pollution. 219, 28-36 (2016).
- Xu, J., Duan, X., Yang, J., Beeching, J. R., Zhang, P. Enhanced reactive oxygen species scavenging by overproduction of superoxide dismutase and catalase delays postharvest physiological deterioration of cassava storage roots. Plant Physiology. 161 (3), 1517-1528 (2013).
- Wu, H., et al. Developing and validating a high-throughput assay for salinity tissue tolerance in wheat and barley. Planta. , (2015).
- Pirmohamed, T., et al. Nanoceria exhibit redox state-dependent catalase mimetic activity. Chemical communications. 46 (16), 2736-2738 (2010).
- Asati, A., Santra, S., Kaittanis, C., Perez, J. M. Surface-charge-dependent cell localization and cytotoxicity of cerium oxide nanoparticles. ACS nano. 4, 5321-5331 (2010).
- Li, J., Wu, H., Santana, I., Fahlgren, M., Giraldo, J. P. Standoff optical glucose sensing in photosynthetic organisms by a quantum dot fluorescent probe. ACS Applied Materials & Interfaces. , (2018).
- Wu, H., Shabala, L., Shabala, S., Giraldo, J. P. Hydroxyl radical scavenging by cerium oxide nanoparticles improves Arabidopsis salinity tolerance by enhancing leaf mesophyll potassium retention. Environmental Science: Nano. 5 (7), 1567-1583 (2018).
- Merad-Boudia, M., Nicole, A., Santiard-Baron, D., Saillé, C., Ceballos-Picot, I. Mitochondrial impairment as an early event in the process of apoptosis induced by glutathione depletion in neuronal cells: Relevance to Parkinson’s disease. Biochemical Pharmacology. 56 (5), 645-655 (1998).
- Zhao, H., et al. Detection and characterization of the product of hydroethidine and intracellular superoxide by HPLC and limitations of fluorescence. Proceedings of the National Academy of Sciences. 102 (16), 5727-5732 (2005).
- Sun, C., Li, H., Chen, L. Nanostructured ceria-based materials: synthesis, properties, and applications. Energy & Environmental Science. 5 (9), 8475 (2012).
- Hirano, M., Inagaki, M. Preparation of monodispersed cerium(iv) oxide particles by thermal hydrolysis: influence of the presence of urea and Gd doping on their morphology and growth. Journal of Materials Chemistry. 10 (2), 473-477 (2000).
- Xi, D. M., Liu, W. S., Yang, G. D., Wu, C. A., Zheng, C. C. Seed-specific overexpression of antioxidant genes in Arabidopsis enhances oxidative stress tolerance during germination and early seedling growth. Plant Biotechnology Journal. 8 (7), 796-806 (2010).
- Wu, H., Santana, I., Dansie, J., Vivo Giraldo, J. P. In Vivo delivery of nanoparticles into plant leaves. Current Protocols in Chemical Biology. 9 (4), 269-284 (2017).
- Fukushima, K., Hasebe, M. Adaxial-abaxial polarity: The developmental basis of leaf shape diversity. Genesis. 52 (1), 1-18 (2014).
- Monda, K., et al. Enhanced stomatal conductance by a spontaneous Arabidopsis tetraploid, Me-o, results from increased stomatal size and greater stomatal aperture. Plant physiology. 170 (3), 1435-1444 (2016).
- Petrov, V., Hille, J., Mueller-Roeber, B., Gechev, T. S. ROS-mediated abiotic stress-induced programmed cell death in plants. Frontiers in Plant Science. 6, 1-16 (2015).
- Chaves, M. M., Flexas, J., Pinheiro, C. Photosynthesis under drought and salt stress: regulation mechanisms from whole plant to cell. Annals of Botany. 103 (4), 551-560 (2009).
