Anionic Cerium ऑक्साइड नैनोकणों द्वारा Vivo में संयंत्र प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों की उत्प्रेरक सफाई
Summary
यहाँ, हम ROS (प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों) vivo मेंसफ़ाई के लिए cerium ऑक्साइड नैनोकणों (nanoceria) के संश्लेषण और लक्षण वर्णन के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं, फोकल माइक्रोस्कोप द्वारा संयंत्र के ऊतकों में nanoceria इमेजिंग, और vivo में फोकल माइक्रोस्कोपी द्वारा nanoceria ROS सफाई की निगरानी ।
Abstract
प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों (ROS) संचय संयंत्र अजैव तनाव प्रतिक्रिया की एक बानगी है । ROS पौधों में उच्च स्तर पर कम स्तर और हानिकारक अणुओं पर संकेत अणुओं के रूप में अभिनय के द्वारा एक दोहरी भूमिका निभाते हैं । तनाव वाले पौधों में ROS का संचय चयापचयों, एंजाइम, लिपिड, और डीएनए को नुकसान पहुंचा सकता है, जिससे पौधे की वृद्धि और उपज में कमी होती है । cerium ऑक्साइड नैनोकणों (nanoceria) की क्षमता vivo में उत्प्रेरक ROS सफाई करने के लिए एक अनूठा उपकरण प्रदान करता है समझने के लिए और इंजन संयंत्र अजैव तनाव सहिष्णुता । यहां, हम संश्लेषित करने के लिए एक प्रोटोकॉल मौजूद है और पाली (एक्रिलिक) एसिड लेपित nanoceria (पीएनसी) की विशेषता, पत्ती लेमिना घुसपैठ के माध्यम से पौधों के साथ नैनोकणों इंटरफेस, और उनके वितरण और ROS का उपयोग कर vivo में सफाई की निगरानी फोकल माइक्रोस्कोपी. पौधों में ROS संचय जोड़ तोड़ के लिए वर्तमान आणविक उपकरण मॉडल प्रजातियों के लिए सीमित है और श्रमसाध्य परिवर्तन तरीकों की आवश्यकता है । vivo ROS सफ़ाई में के लिए इस प्रोटोकॉल के लिए व्यापक पत्तियों और Arabidopsis थालियानाकी तरह पत्ती संरचना के साथ जंगली प्रकार के पौधों के लिए लागू किया जा करने के लिए संभावित है ।
Introduction
Cerium ऑक्साइड नैनोकणों (nanoceria) व्यापक रूप से रहने वाले जीवों में इस्तेमाल कर रहे हैं, बुनियादी अनुसंधान से, अपने विशिष्ट उत्प्रेरक प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों (ROS) सफाई की क्षमता1,2,3की वजह से, इंजीनियरिंग करने के लिए । Nanoceria सतह ऑक्सीजन रिक्तियों की एक बड़ी संख्या है कि दो ऑक्सीकरण राज्यों के बीच वैकल्पिक (ce3 + और ce4 +) 4,5,6के कारण सफाई क्षमताओं ROS है । Ce3 + झूलने बांड प्रभावी ढंग से सफाई ROS जबकि नेनो पर जाली उपभेदों redox साइकिलिंग प्रतिक्रियाओं के माध्यम से इन दोष साइटों के उत्थान को बढ़ावा देने के7. Nanoceria भी हाल ही में अध्ययन और इंजीनियरिंग संयंत्र समारोह8,9के लिए इस्तेमाल किया गया है । अजैव तनाव के तहत पौधों ROS के संचय का अनुभव, लिपिड, प्रोटीन, और10डीएनए के लिए ऑक्सीडेटिव क्षति के कारण. एक. थालियाना संयंत्रों में, vivo में ROS के nanoceria उत्प्रेरक सफाई उच्च प्रकाश, गर्मी के तहत संयंत्र प्रकाश संश्लेषण में सुधार की ओर जाता है, और द्रुतशीतन8तनाव । मिट्टी में nanoceria लगाने से भी बढ़ता है गोली मारो बायोमास और गेहूं की अनाज उपज (Triticum aestivum)11; canola (Brassica napus) पौधों nanoceria के साथ इलाज किया नमक तनाव12के तहत उच्च संयंत्र बायोमास है ।
Nanoceria प्रस्ताव एक नैनो-आधारित उपकरण अजैव तनाव प्रतिक्रियाओं को समझने के लिए और संयंत्र अजैव तनाव सहिष्णुता को बढ़ाने के लिए और पौधों के संयंत्र जीव । vivo में है Nanoceria ROS सफ़ाई क्षमताओं संयंत्र प्रजातियों में से स्वतंत्र हैं, और संयंत्र के ऊतकों में सतही वितरण क्षमता मॉडल जीवों के बाहर व्यापक आवेदन को सक्षम करने के लिए है । अंय आनुवंशिक रूप से आधारित तरीकों के विपरीत, nanoceria उच्च ROS सफाई की क्षमता13के लिए एंटीऑक्सीडेंट एंजाइमों की अधिकता के साथ संयंत्र लाइनों पैदा करने की आवश्यकता नहीं है । लीफ लेमिना nanoceria संयंत्रों के लिए घुसपैठ प्रयोगशाला आधारित अनुसंधान के लिए एक व्यावहारिक दृष्टिकोण है ।
इस प्रोटोकॉल का समग्र लक्ष्य 1 का वर्णन है) संश्लेषण और नकारात्मक आरोप लगाया पाली (एक्रिलिक) एसिड nanoceria (पीएनसी) के लक्षण वर्णन, 2) वितरण और पीएनसी पत्ती कोशिकाओं भर में ट्रैकिंग, और 3) पीएनसी की निगरानी सक्षम ROS में सफाई vivo. इस प्रोटोकॉल में, नकारात्मक आरोप लगाया पाली (एक्रिलिक) एसिड nanoceria (पीएनसी) संश्लेषित कर रहे है और उनके अवशोषण स्पेक्ट्रम, hydrodynamic व्यास, और जीटा क्षमता की विशेषता । हम एक सरल पत्ती लेमिना घुसपैठ विधि का वर्णन पीएनसी संयंत्र पत्ती ऊतकों में वितरित करने के लिए । vivo इमेजिंग में mesophyll कोशिकाओं के भीतर nanoparticle वितरण के लिए, एक फ्लोरोसेंट डाई (दिी) पीएनसी लेबल (दिी-पीएनसी) के लिए प्रयोग किया जाता था और नैनोकणों के माध्यम से फोकल प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी का पालन । अंत में, हम बताते है कैसे vivo पीएनसी ROS में निगरानी के लिए फोकल माइक्रोस्कोप के माध्यम से सफाई ।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस प्रोटोकॉल में, हम पीएनसी संश्लेषण, लक्षण वर्णन, फ्लोरोसेंट डाई लेबलिंग, और नैनोकणों के फोकल इमेजिंग संयंत्र mesophyll कोशिकाओं के भीतर अपने vivo ROS सफाई गतिविधि में प्रदर्शित करने के लिए । पीएनसी cerium नाइट्?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम के कैलिफोर्निया, नदी के किनारे और USDA राष्ट्रीय खाद्य और कृषि, हैच परियोजना १००९७१० J.P.G. को संस्थान के विश्वविद्यालय द्वारा समर्थित किया गया इस सामग्री को J.P.G. के लिए ग्रांट No १८१७३६३ के तहत राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन द्वारा समर्थित काम पर आधारित है
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 |
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