Visualizando os locais de infecção precoce da doença da explosão do arroz (Magnaporthe oryzae) em cevada (Hordeum vulgare) usando um microscópio básico e um smartphone
Summary
Este é um protocolo simples de um ensaio de bainha de folha de cevada usando reagentes mínimos e equipamentos de laboratório comuns (incluindo um smartphone básico). O objetivo é visualizar o processo de infecção precoce da doença blástica em laboratórios sem acesso a equipamentos avançados de microscopia.
Abstract
Entender como plantas e patógenos interagem, e se essa interação culmina em defesa ou doença, é necessário para desenvolver estratégias mais fortes e sustentáveis para a saúde das plantas. Avanços em métodos que capturam amostras de fitopatógenos de forma mais eficaz durante a infecção e colonização produziram ferramentas como o ensaio da bainha foliar do arroz, que tem sido útil no monitoramento da infecção e dos eventos de colonização precoce entre o arroz e o patógeno fúngico, Magnaporthe oryzae. Este patógeno hemibiotrófico causa severa perda de doenças em arroz e monocotiledôneas relacionadas, incluindo milheto, centeio, cevada e, mais recentemente, trigo. O ensaio de bainha foliar, quando realizado corretamente, produz uma seção opticamente clara da planta, com várias camadas de espessura, o que permite aos pesquisadores realizar imagens de células vivas durante o ataque do patógeno ou gerar amostras fixas coradas para características específicas. Investigações celulares detalhadas sobre a interação cevada-M. oryzae têm ficado atrás daquelas do hospedeiro arroz, apesar da crescente importância deste grão como fonte de alimento para animais e humanos e como bebidas fermentadas. Relata-se aqui o desenvolvimento de um ensaio de bainha foliar de cevada para estudos intrincados de interações de M. oryzae durante as primeiras 48 h pós-inoculação. O ensaio da bainha foliar, independentemente da espécie estudada, é delicado; É fornecido um protocolo que abrange tudo, desde as condições de crescimento da cevada e obtenção de uma bainha foliar, até a inoculação, incubação e imagem do patógeno nas folhas das plantas. Esse protocolo pode ser otimizado para triagem de alto rendimento usando algo tão simples quanto um smartphone para fins de imagem.
Introduction
Magnaporthe oryzae, o fungo da brusone do arroz, infecta uma variedade de culturas de grãos, incluindo cevada, trigo e arroz1. Este patógeno causa doenças devastadoras e representa uma ameaça mundial para essas valiosas culturas, causando perda completa de safra se não for controlado. Muitos laboratórios ao redor do mundo se concentram na doença da brusone do arroz devido à sua ameaça global e seus atributos como um excelente modelo para interações planta-fungos2. Foi completamente sequenciada, e a genética de seu ciclo infeccioso, particularmente os eventos iniciais, foi estabelecida 3,4. O ciclo de vida começa com um esporo germinando na superfície da folha, formando a estrutura de penetração especializada chamada apressório. O apressório penetra no tecido foliar e a infecção continua com o desenvolvimento de lesões que iniciam o processo de esporulação e disseminação da doença4. Prevenir qualquer um desses eventos iniciais inibiria drasticamente essa doença devastadora. Consequentemente, a maioria das pesquisas atuais sobre a doença blástica tem se concentrado nas etapas iniciais da infecção, desde os conídios germinados formando um apressório até o desenvolvimento das hifas invasivas e do complexo interfacial biotrófico (BIC)5.
A vasta quantidade de pesquisas sobre a brusone tem sido conduzida em arroz, embora M. oryzae seja um patógeno significativo para uma variedade de culturas, e cepas recém-evoluídas estejam emergindo como uma ameaça global ao trigo6. Enquanto o arroz é uma das três principais culturas básicas usadas para alimentar a população, juntamente com o trigo e o milho, a cevada é o quarto grão de cereal em termos de ração animal e produção de cerveja7. À medida que a indústria da cerveja artesanal cresce, cresce também o valor econômico da cevada. Existem vantagens distintas do uso de M. oryzae e cevada como um patossistema para estudar a doença blástica. Primeiro, existem cepas de M. oryzae que infectam apenas cevada, bem como cepas que podem infectar várias espécies de gramíneas. Por exemplo, 4091-5-8 infecta principalmente apenas cevada, enquanto Guy11 e 70-15 podem infectar cevada e arroz8. Essas cepas são geneticamente semelhantes e o processo de infecção é comparável9. Em segundo lugar, sob condições padrão de laboratório e estufa, a cevada é mais fácil de cultivar, pois não tem os requisitos complicados do arroz (controle conciso de temperatura, alta umidade, espectros de luz específicos). Há também desafios de imagem com o arroz devido à hidrofobicidade da superfície foliar, que a cevada não apresenta10.
Este protocolo apresenta um método simples para isolar e utilizar efetivamente bainhas foliares de cevada para análise microscópica de múltiplos estágios de infecção, utilizando material laboratorial comum e um smartphone para coleta de dados. Este método para o ensaio da bainha da folha de cevada é adaptável para laboratórios em todo o mundo, pois requer suprimentos mínimos, e ainda fornece uma imagem clara da interação microscópica entre o patógeno e as primeiras células que ele infecta. Enquanto ensaios de patogenicidade, como a inoculação por spray ou gotícula, podem fornecer uma visão macro da capacidade do patógeno de formar lesões, este ensaio permite ao pesquisador visualizar etapas específicas da infecção precoce, desde eventos de pré-penetração até a colonização de células epidérmicas. Além disso, os pesquisadores podem facilmente comparar a infecção com o fungo do tipo selvagem à infecção com um mutante reduzido em virulência.
Protocol
Representative Results
Discussion
Existem muitos ensaios comumente utilizados disponíveis para testar cepas de M. oryzae que fornecem uma visão em nível macroscópico de uma resposta infecciosa compatível ou incompatível, como inoculações em spray ou gotículas, e o uso de sistemas de classificação para quantificar o tamanho das lesões13,14. Outro ensaio comum para M. oryzae é testar a capacidade do patógeno de formar sua estrutura de penetração especializada, o ap…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores agradecem o financiamento do prêmio USDA-NIFA 2016-67013-24816.
Materials
| Acetic acid | Sigma-Aldrich | A6283 | |
| Cell phone | Pixel 4A | Any smartphone with a rear facing camera that can be mounted in an a holder will suffice. | |
| Cell phone Microscope adapter | Vankey | B01788LT3S | https://www.amazon.com/Vankey-Cellphone-Telescope-Binocular-Microscope/dp/B01788LT3S/ref=sr_1_2_sspa?keywords=vankey+cellphone+telescope+adapter+mount&qid=1662568182&sprefix= vankey+%2Caps%2C63&sr=8-2 -spons&psc=1&spLa=ZW5jcnlwd GVkUXVhbGlmaWVyPUFKNklBR jlCREJaMEcmZW5jcnlwdGVkSWQ 9QTA2MDMxNjhBRFYxQTMzNk9E M0YmZW5jcnlwdGVkQWRJZD1BM DQxMzAzOTMxNzI1TzE3M1ZGTEI md2lkZ2V0TmFtZT1zcF9hdGYmY WN0aW9uPWNsaWNrUmVkaXJlY3 QmZG9Ob3RMb2dDbGljaz10cnVl |
| Glycerol | Sigma-Aldrich | G5516 | |
| Microscope | AmScope | FM690TC | 40x–2500x Trinocular upright epi-fluorescence microscope |
| Oatmeal old fashioned rolled oats | Quaker | N/A | https://www.amazon.com/Quaker-Oats-Old-Fashioned-Pack/dp/B00IIVBNK4/ref=asc_df_B00IIVBNK4/?tag=hyprod-20&linkCode=df0 &hvadid=312253390021&hvpos= &hvnetw=g&hvrand=98212627704 6839544&hvpone=&hvptwo=&hvq mt=&hvdev=c&hvdvcmdl=&hvlocint =&hvlocphy=9007494&hvtargid =pla-568492637928&psc=1 |
| ProMix BX | ProMix | 1038500RG | |
| Rectangular coverglass | Corning | CLS2975245 | |
| Slides, microscope | Sigma-Aldrich | S8902 | |
| Stage micrometer | OMAX | A36CALM7 | 0.1 mm and 0.01 mm Microscope calibration slide |
| Trypan blue | Sigma-Aldrich | T6146 |
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